JP4161191B2 - 電界電子放出素子の製造方法 - Google Patents
電界電子放出素子の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4161191B2 JP4161191B2 JP2003003773A JP2003003773A JP4161191B2 JP 4161191 B2 JP4161191 B2 JP 4161191B2 JP 2003003773 A JP2003003773 A JP 2003003773A JP 2003003773 A JP2003003773 A JP 2003003773A JP 4161191 B2 JP4161191 B2 JP 4161191B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- cathode
- electron emission
- field electron
- pattern
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
- Cathode-Ray Tubes And Fluorescent Screens For Display (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はカーボンナノチューブ等の筒状炭素分子を用いた陰極を有する電界電子放出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のナノテクノロジーの進歩は著しく，なかでもカーボンナノチューブ等の分子構造体は、熱伝導性，電気伝導性，機械的強度などで優れた特性を持つ安定した材料であることから、トランジスタ，メモリ，電界電子放出素子など幅広い用途への応用が期待されている。
【０００３】
例えば、カーボンナノチューブの用途の１つとして、冷陰極電界電子放出（以下、「電界電子放出」という）を実現するのに好適であることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。電界電子放出とは、真空中に置かれた金属または半導体に所定のしきい値以上の大きさの電界を与えると、金属または半導体の表面近傍のエネルギー障壁を電子が量子トンネル効果により通過し、常温においても真空中に電子が放出されるようになる現象である。
【０００４】
電界電子放出の原理を画像表示に応用したＦＥＤ（Field Emission Display）は、高輝度、低消費電力、薄型などの特徴を有し、従来の陰極線管（Cathode Ray Tube；ＣＲＴ）に代わる表示装置として開発が進められている（例えば、特許文献１ないし特許文献７参照。）。ＦＥＤは、電子を放出する陰極が形成されたカソードパネルと、放出された電子の衝突により励起されて発光する蛍光体層が塗布された陽極が形成されたアノードパネルとを対向配置して一体化し、内部を高真空状態としたものが一般的な構成である。ただし、この構成では、カソードパネルとアノードパネルとの距離を接近して設けることが困難であり、カソードパネルとアノードパネルとの間に高い電圧を印加する必要がある。そのため、カソードパネルとアノードパネルとの間に更に引き出し電極（ゲート電極）を設けることにより、陰極と引き出し電極との距離を接近させ、両電極の間に低い電圧を印加して電界電子放出を生じさせるようにしている。
【０００５】
図５８は、このような従来のＦＥＤの一構成例を表す断面図である。なお、この例においては、陰極の構造の種類として、その形状が円錐形状であるスピント（Spindt：人名）型と呼ばれる構造のものを表している（例えば、非特許文献２および特許文献１参照）。
【０００６】
このＦＥＤは、カソードパネル１１００と、このカソードパネル１１００に対向配置されたアノードパネル１２００とを備えている。カソードパネル１１００は、カソード電極１１１０が形成された基板１１２０と、絶縁膜１１３０を介してカソード電極１１１０に対向配置された引き出し電極１１４０とを有している。カソード電極１１１０および引き出し電極１１４０は、それぞれ複数本ずつ形成されており、各引き出し電極１１４０は、カソード電極１１１０に直交するように対向配置されている。基板１１２０上において、引き出し電極１１４０に対向する側のカソード電極１１１０の表面には、複数の陰極１１５０が配置されている。
【０００７】
各引き出し電極１１４０には、陰極１１５０から放出された電子ｅ- が通過可能な大きさの開口部１１６０が、各陰極１１５０に対応して複数設けられている。また、各引き出し電極１１４０には、各引き出し電極１１４０に循環的に走査電圧を印加する図示しないスキャンドライバが電気的に接続されている。一方、各カソード電極１１１０には、画像信号に応じて各カソード電極１１１０に選択的に電圧を印加する図示しないデータドライバが電気的に接続されている。
【０００８】
各陰極１１５０は、引き出し電極１１４０とカソード電極１１１０とが交叉する位置に対応してマトリクス状に配置されると共に、底面が対応するカソード電極１１１０に電気的に接続されている。陰極１１５０は、所定の電界を選択的に与えることによって、トンネル効果により先端部から電子放出が生じるようになっている。なお、通常、ＦＥＤでは、所定数（例えば、１０００個）の陰極１１５０の集まりが１画素に対応している。
【０００９】
アノードパネル１２００は、ガラス材料等で構成される光学的に透明な透明基板１２１０と、この透明基板１２１０のカソードパネル１１００に対向する面側に配置されたアノード電極１２２０とを備えている。アノード電極１２２０は、カソード電極１１１０に対応して複数本形成されている。また、アノード電極１２２０の透明基板１２１０側の表面には、電子ｅ- の入射に応じて発光する蛍光体が塗布されることにより、蛍光体膜１２３０が形成されている。なお、アノード電極１２２０をＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）などの透明導電性材料により構成し、蛍光体膜１２３０をアノード電極１２２０のカソードパネル１１００側の表面に形成することも可能である。
【００１０】
このような構成のＦＥＤにおいては、引き出し電極１１４０とカソード電極１１１０との間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極１１５０において電界電子放出が起こり、電子ｅ- がアノード電極１２２０に向けて放出される。陰極１１５０から放出された電子ｅ- は、アノード電極１２２０に設けられた図示しない微細な孔を通過して蛍光体膜１２３０に衝突し、蛍光体を発光させる。この蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。
【００１１】
ところで、ＦＥＤにおいては、更に低い電圧で電界電子放出を生じさせるため、陰極の先端を細く鋭く尖らせて局所的に電界強度を強める種々の試みがなされており、カーボンナノチューブはそのような試みにおいて盛んに利用されている（例えば、非特許文献１参照。）。例えば、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法によりシリコン（Ｓｉ）チップの先端に単層カーボンナノチューブを成長させたものを陰極として用いたＦＥＤが提案されている（例えば、非特許文献３参照。）。また、従来の方法によりシリコンエミッタを形成したのち、カーボンナノチューブを形成するための金属触媒からなる膜を形成し、グリッド電極上の触媒の膜をエッチバック法で除去して、エミッタの先端部のみに熱ＣＶＤ法でカーボンナノチューブを成長させた報告がある（非特許文献４参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−２０３４７３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９７９６５号公報
【特許文献３】
特開２００２−１５０９２２号公報
【特許文献４】
特開２００１−２３５０６号公報
【特許文献５】
特開２０００−２８５７９５号公報
【特許文献６】
特開２０００−１２３７１３号公報
【特許文献７】
特開２０００−６７７３６号公報
【非特許文献１】
斎藤弥八，表面化学，１９９８年，第１９巻，第１０号，ｐ．６８０−６８６
【非特許文献２】
Ｃ．Ａ．スピント（C. A. Spindt）、外３名，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Journal of Applied Physics），（米国），１９７６年，第４７巻，ｐ５２４８−５２６３
【非特許文献３】
第４９回応用物理学関係連合講演会，講演予稿集，２９ｐ−Ｋ−７
【非特許文献４】
日刊工業新聞，平成１４年４月１１日付記事，「ＣＮＴのフィールドエミッター４ボルト低電圧で電子放出」
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＥＤの陰極としてカーボンナノチューブを形成するには、遷移金属等からなる触媒の微細なパターンを形成し、それを用いてカーボンナノチューブを微細な間隔で規則正しく整列させる技術が必須とされる。しかしながら、従来では、ある程度の量産性を達成できる技術としてはフォトリソグラフィしかなかった。フォトリソグラフィにより金属触媒の微細なパターンを形成するには、エネルギービームの波長を短くするしか方法がなく、現在の技術ではこれ以上の短波長化は困難である。そのため、フォトリソグラフィにより遷移金属等のパターンを形成する場合には、遷移金属パターンの寸法およびその間隔は、エネルギービームの波長で定まり、現在の技術では０．０５μｍ（５０ｎｍ）以下にすることができず、また、パターンの間隔（ピッチ）は１００ｎｍ以下にすることができない。すなわち、従来の手法では、金属触媒等のより微細なパターンを形成するには限界があるという問題があった。
【００１４】
更に、従来のカーボンナノチューブを用いた陰極では多数のカーボンナノチューブが接近して配置されているので、各カーボンナノチューブの表面における電界強度が著しく低下してしまうという問題があった。そのため、カーボンナノチューブの表面の電界強度を高くするためにはカソード電極と引き出し電極またはアノード電極との間に高い電圧を印加する必要があり、低電圧化が困難であった。
【００１５】
加えて、従来では、陰極を構成する多数のカーボンナノチューブの形状および成長方向が不均一であるので、放出される電子の量が不均一となり、輝度のばらつきが生じるという問題があった。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、筒状炭素分子をより微細な間隔で規則正しく配列させた陰極を有する電界電子放出素子を量産可能とする電界電子放出素子の製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の電界電子放出素子の製造方法は、変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属を配置する触媒配置工程と、筒状炭素分子を成長させる成長工程とを含み、触媒配置工程は、第１の物質からなる素材基板の表面に対し、変調された熱分布を与え、素材基板の表面を溶融させる溶融工程と、素材基板の表面を放熱させることにより、熱分布に応じた位置に突起を形成する突起形成工程と、素材基板に形成された突起を筒状炭素分子の触媒機能を有する第２の物質からなる他の基板に接触させ、素材基板の突起の先端に第２の物質を付着させる工程とを含み、成長工程は、素材基板と電極とを対向配置して、素材基板と電極との間に電界を印加する工程を含むものである。
本発明による第２の電界電子放出素子の製造方法は、変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属を配置する触媒配置工程と、筒状炭素分子を成長させる成長工程とを含み、触媒配置工程は、平坦電極の表面に、所望のパターンに応じて変調された熱分布を用いて突起のパターンを形成する突起電極形成工程と、触媒機能を有する金属を含む触媒溶液の中において、突起電極と導電性の基板との間に電界を印加して金属を還元し析出させることにより、基板上に、触媒機能を有する金属よりなり突起電極に対応したパターンを形成する還元析出工程とを含むものである。
【００２５】
本発明による第１および第２の電界電子放出素子の製造方法では、変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属が基板に配置される。そののち、筒状炭素分子が成長する。
【００２６】
本発明による第１の電界電子放出素子の製造方法では、変調された熱分布による溶融および放熱により突起が形成され、この突起の先端に筒状炭素分子の触媒機能を有する第２の物質が付着される。
本発明による第２の電界電子放出素子の製造方法では、平坦電極の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布を用いて突起のパターンが形成され、次いで、触媒機能を有する金属を含む触媒溶液の中において、突起電極と導電性の基板との間に電界が印加される。これにより、触媒金属が還元され析出され、基板上に、触媒機能を有する金属よりなる突起電極に対応したパターンが形成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
まず、図１ないし図６を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法および表示装置の製造方法について説明する。本実施の形態の方法は、カーボンナノチューブを用いた陰極を有する電界電子放出素子を形成するものであり、変調された熱分布による溶融を利用して、カーボンナノチューブの触媒機能を有する金属を配置する「触媒配置工程」と、カーボンナノチューブを成長させて陰極を形成する「陰極形成工程」とを含むものである。得られた電界電子放出素子は、更に、基板の表面に、触媒配置工程で配置された金属を回避して分離溝を形成する「分離溝形成工程」を経て、例えばＦＥＤのカソードパネルとして利用される。
【００２９】
更に、本実施の形態では、触媒配置工程は、素材基板１０の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させる「溶融工程」と、素材基板１０の表面を放熱させることにより、熱分布１１に応じた位置に、すなわち所望のパターンで第２の物質を析出させる「析出工程」とを含んでいる。
【００３０】
（溶融工程）
まず、図１を参照して溶融工程を説明する。ここで、素材基板１０は第１の物質により構成され、この第１の物質中に析出材料として第２の物質が添加されたものである。なお、第２の物質は、偏析係数が正のもの、すなわち、第１の物質中に添加されることにより第１の物質の融点を低下させるもので、加熱により溶融されたのち冷却過程において凝固する際に溶融領域に残る性質を有するものである。本実施の形態では、第１の物質からなる素材基板１０はシリコン（Ｓｉ）基板であり、第２の物質として金属触媒としての鉄（Ｆｅ）を用いるものとする。
【００３１】
素材基板１０は、厚さが例えば４０ｎｍであり、例えばシリコンにより構成された支持体１０Ａにより保持されている。なお、素材基板１０が十分な厚さを有している場合には、支持体１０Ａは不要である。
【００３２】
第１の物質としては、上述のシリコンに限らず、その他の半導体材料、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）などが挙げられるが、その他、金属材料でもよく、例えば、タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）などの高融点金属や、それらの合金を用いてもよい。
【００３３】
第２の物質は、カーボンナノチューブを形成するための金属触媒としては、上述の鉄（Ｆｅ）の他、バナジウム（Ｖ），マンガン（Ｍｎ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）が挙げられる。また、イットリウム（Ｙ），ルテチウム（Ｌｕ），ホウ素（Ｂ），銅（Ｃｕ），リチウム（Ｌｉ），シリコン（Ｓｉ），クロム（Ｃｒ），亜鉛（Ｚｎ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），ルテニウム（Ｒｕ），チタン（Ｔｉ），ランタン（Ｌａ），セリウム（Ｃｅ），プラセオジム（Ｐｒ），ネオジム（Ｎｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈｏ）またはエルビウム（Ｅｒ）を用いてもよい。なお、以上の物質は２種以上同時に使用してもよく、また、これら物質の２種以上からなる化合物を用いてもよい。また、金属フタロシアン化合物，メタセロン、金属塩を用いることも可能である。更に、酸化物あるいはシリサイドであってもよい。
【００３４】
加えて、用途によっては、第２の物質は、アルミニウム（Ａｌ），シリコン（Ｓｉ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），亜鉛（Ｚｎ），鉛（Ｐｂ），カルシウム（Ｃａ），ランタン（Ｌａ），ゲルマニウム（Ｇｅ）などの金属および半金属などの元素の、窒化物，酸化物，炭化物，フッ化物，硫化物，窒酸化物，窒炭化物，または酸炭化物などからなる誘電体材料を用いることが可能である。具体的には、ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＯ2 ，ＭｇＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，ＴｉＯ2 ，ＢａＴｉＯ3 ，ＳｒＴｉＯ3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＳｉＣ，ＺｎＳ，ＰｂＳ，Ｇｅ−Ｎ，Ｇｅ−Ｎ−Ｏ，Ｓｉ−Ｎ−Ｏ，ＣａＦ2 ，ＬａＦ，ＭｇＦ2 ，ＮａＦ，ＴｉＦ4 などである。更にまた、これらの材料を主成分とする材料や、これらの材料の混合物、例えばＡｌＮ−ＳｉＯ2 を用いることも可能である。加えてまた、鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ガドリニウム（Ｇｄ）等の磁性体材料を用いることもできる。
【００３５】
熱分布１１は、素材基板１０の表面温度がエネルギービーム１２の照射により空間的に変調されて、高温領域１１Ｈと低温領域１１Ｌとが周期的に形成されたものである。エネルギービーム１２は、波長および位相の揃った平行光であり、本実施の形態では、高出力を得るため、例えばＸｅＣｌエキシマレーザを用いる。
【００３６】
本実施の形態では、熱分布１１は、エネルギービーム１２を回折格子１３で回折させることにより与えられる。回折格子１３は、エネルギービーム１２を回折させてエネルギー量を空間的に変調するものであり、例えば、光学ガラス板に、直線状の平行な溝１３Ａが一定の周期間隔Ｐで一次元方向に形成されたものである。本実施の形態では、例えば、石英材料よりなる板に直線状の平行な溝１３Ａが例えば１μｍの周期間隔Ｐで一次元方向に配列され、エネルギービーム１２のエネルギー量を、溝１３Ａが配列されている方向に沿って一次元方向に変調するようになっている。なお、回折格子１３は必ずしも溝などの凹凸を形成したものに限られず、例えば、エネルギービーム１２の透過部分と非透過部分とが印刷により形成されたものであってもよい。
【００３７】
このような回折格子１３を用いることにより、高温領域１１Ｈは、溝１３Ａの延長方向に沿った直線状に形成されると共に、溝１３Ａの配列されている方向に沿って一次元方向に配列される。熱分布１１の空間的周期Ｔ、すなわち高温領域１１Ｈの間隔（ピッチ）は、回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、周期間隔Ｐを微細にするほど熱分布１１の空間的周期Ｔを微細化することができる。
【００３８】
エネルギービーム１２のエネルギー量は、低温領域１１Ｌにおいて素材基板１０の表面が溶融する温度となるように設定される。これにより、素材基板１０の表面の全体を溶融させることができる。このとき、エネルギービーム１２としてエキシマレーザを用いると、パルス発光の照射回数によりエネルギー量の制御を行うことができる。本実施の形態では、例えば、エネルギービーム１２のエネルギー量を３５０ｍＪ／ｃｍ2 、パルス照射回数を１０回とする。
【００３９】
（析出工程）
次に、図２を参照して析出工程を説明する。すなわち、溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、素材基板１０の表面の温度は徐々に低下して凝固するが、このとき、第２の物質（Ｆｅ）は、高温領域１１Ｈに移動し、更に高温領域１１Ｈの中で最後に凝固する部分に析出する。こうして、高温領域１１Ｈに対応する位置に第２の物質が析出し、ほぼ平面状の析出領域１４が形成される。以上により、析出領域１４のパターンを有する基板１５が得られる。
【００４０】
ここで、「平面状」とは、その基板１５の表面からの高さが、表面のラフネス程度、例えば１ｎｍ未満であり実質的に平坦な場合をいう。
【００４１】
析出領域１４は、高温領域１１Ｈが溝１３Ａに対応して一次元方向に配列された直線状であるので、これに対応して、一次元方向に配列された直線状のパターンとして形成される。析出領域１４の幅（線幅）Ｗ、すなわち熱分布１１の変調方向における析出領域１４の寸法は、素材基板１０における第２の物質（鉄）の含有量により定まり、第２の物質の含有量が多いほど、析出領域１４の幅Ｗは大きくなる。析出領域１４の幅Ｗは、原理的には第２の物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、素材基板１０における第２の物質の含有量を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【００４２】
析出領域１４の幅Ｗの具体的な値は、第２の物質の材料および析出領域１４の用途によって定められるが、例えば後述する図３に示したように析出領域１４に析出した鉄を触媒として複数のカーボンナノチューブ１６が直線状に配列された陰極１７を形成する場合には、析出領域１４の幅Ｗは、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましい。その理由は、カーボンナノチューブ１６の直径が、最小で０．４ｎｍであるからである。
【００４３】
析出領域１４の幅Ｗは、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましい。カーボンナノチューブ１６は、直径が０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲にあるものが多いからである。
【００４４】
更に、析出領域１４の幅Ｗは、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。なぜなら、析出領域１４の幅方向に多数のカーボンナノチューブ１６が接近して屹立する可能性が小さくなるので、陰極１７を例えば電界電子放出素子（エミッタ）として使用する場合に、カーボンナノチューブ１６の各々の表面における電界強度の低下を防止し、電界放出に必要な印加電圧を小さくすることができるからである。また、例えば直線状に配列されたカーボンナノチューブ１６を記録装置（メモリ）として利用する場合には、一本の析出領域１４には幅方向に１本のみのカーボンナノチューブ１６を形成することが必要となる場合があるので、カーボンナノチューブ１６の直径と析出領域１４の幅Ｗとを一致させることが好ましいからである。
【００４５】
また、析出領域１４の間隔Ｌ、すなわち熱分布１１の変調方向における析出領域１４の間隔（ピッチ）は、熱分布１１の空間的周期Ｔに応じて、すなわち回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、周期間隔Ｐを微細にするほど析出領域１４の間隔Ｌを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔Ｌで析出領域１４を形成することが可能である。
【００４６】
析出領域１４の間隔Ｌは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましい。従来のフォトリソグラフィでは解像限界が５０ｎｍであるため、従来のフォトリソグラフィで形成可能な最小のパターンは、例えば山５０ｎｍ、谷５０ｎｍ、および山５０ｎｍで、その間隔は解像限界の２倍すなわち１００ｎｍとなるからである。更に、析出領域１４の間隔Ｌは、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。従来の電子ビームリソグラフィの解像限界が２５ｎｍ程度であるため、従来の電子ビームリソグラフィで形成可能な最小のパターンの間隔は、同様に解像限界の２倍すなわち５０ｎｍとなるからである。
【００４７】
以上により、触媒配置工程が完了し、素材基板１０に析出領域１４を有する基板１５が形成される。
【００４８】
（陰極形成工程）
続いて、図３を参照して陰極形成工程を説明する。基板１５の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により複数のカーボンナノチューブ１６を成長させる。成長条件としては、例えば、カーボンナノチューブ１６の原料となる炭素化合物としてメタン（ＣＨ4 ）を用い、析出領域１４に析出した鉄を触媒として、９００℃、１５分とすることができる。カーボンナノチューブ１６は析出領域１４にのみ成長するので、析出領域１４のパターン通りにカーボンナノチューブ１６が直線状に配列された陰極１７が形成される。カーボンナノチューブ１６の直径は、原料となる炭素化合物の種類と、成長条件の設定により定めることが可能である。１つの陰極１７に含まれるカーボンナノチューブ１６の数は、少なければ少ないほど望ましい。電界がより集中しやすくなるからである。
【００４９】
（分離溝形成工程）
続いて、図４および図５を参照して分離溝形成工程を説明する。分離溝形成工程は、基板１５の表面に分離溝を形成することによって、陰極１７を互いに分離するものである。
【００５０】
まず、図４に示したように、基板１５の表面に対して、エネルギービーム１２を回折格子１３で回折させた熱分布１１を、溶融工程とは１８０度異なる位相で与える。すなわち、基板１５と回折格子１３との相対的な位置を、溶融工程における位置よりも、カーボンナノチューブ１６の列の間隔（ピッチ）の半分ずらすことによって、熱分布１１の高温領域１１Ｈが、カーボンナノチューブ１６の列の中間の位置に形成されるようにする。
【００５１】
エネルギービーム１２のエネルギー量は、高温領域１１Ｈにおいて基板１５の表面が切削（アブレーション；ablation）されるように設定される。これにより、図５に示したように、平行線状の分離溝１８が、カーボンナノチューブ１６の形成されている位置を回避して、その中間の位置に形成される。このとき、カーボンナノチューブ１６が形成されている位置は低温領域１１Ｌに対応するので、エネルギービーム１２のエネルギー量は低く、カーボンナノチューブ１６の温度は例えば４００℃以下に抑えられる。よって、カーボンナノチューブ１６が熱分布１１による悪影響を受けることはない。
【００５２】
なお、支持体１０Ａを二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ），プラスチックあるいはガラスなどの絶縁体材料により構成すると共に分離溝１８を形成する際に素材基板１０を完全に切削するようにすれば、陰極１７を分離溝１８によって電気的に分離することができるので好ましい。更に、分離溝１８を支持体１０Ａにも食い込むように形成すれば、陰極１７をより確実に電気的に分離することができるので好ましい。
【００５３】
以上により、直線状に配列されたカーボンナノチューブ１６を各々一列ずつ有する複数の陰極１７と、これらの陰極１７を互いに分離する分離溝１８とを備えた電界電子放出素子が得られる。
【００５４】
（ＦＥＤ）
図６は、このような電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表すものである。このＦＥＤは、カソードパネル２０とアノードパネル３０とが対向配置されて一体化され、内部が高真空状態とされている。
【００５５】
カソードパネル２０は、上述した陰極１７が形成された基板１５により構成されている。カソードパネル２０は、必要な画面の寸法および基板１５の大きさに応じて、複数の基板１５を複合したものを用いることも可能である。陰極１７は、赤（Ｒ；Red ）用のカソード電極２１Ｒ，緑（Ｇ；Green ）用のカソード電極２１Ｇおよび青（Ｂ；Blue）用のカソード電極２１Ｂを介して、データドライバ２２に接続されている。カソード電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとしては、分離溝１８によって切断された素材基板１０を利用してもよいし、別途配線を設けるようにしてもよい。
【００５６】
アノードパネル３０は、ガラス材料などよりなる透明基板３１に、Ｒ用のアノード電極３２Ｒ，Ｇ用のアノード電極３２ＧおよびＢ用のアノード電極３２Ｂが、１画素単位で交互に配列された構成を有している。アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂは、各カソード電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに対して直交配置されている。また、アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂには、スキャンドライバ３４が接続されている。アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの透明基板３１側の表面には、Ｒ用の蛍光体膜３３Ｒ，Ｇ用の蛍光体膜３３ＧおよびＢ用の蛍光体膜３３Ｂがそれぞれ形成されている。
【００５７】
このＦＥＤでは、例えばアノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂとカソード電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとの間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極１７において電界電子放出が起こり、電子ｅ- がアノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに向けて放出される。陰極１７から放出された電子ｅ- は、アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに設けられた図示しない微細な孔を通過して蛍光体膜３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂに衝突し、蛍光体を発光させる。この蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。ここでは、陰極１７のカーボンナノチューブ１６が、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な幅Ｗおよび間隔Ｌで析出した鉄よりなる析出領域１４に形成されているので、より高精細な画像が鮮明に表示される。
【００５８】
このように本実施の形態では、カーボンナノチューブ１６を形成するための触媒機能を有する鉄よりなる析出領域１４のパターンを、変調された熱分布１１による溶融を利用して配置形成し、この析出領域１４のパターンを用いてカーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成するようにしたので、熱分布１１を制御することにより、従来のフォトリソグラフィでは不可能であった微細な幅Ｗおよび間隔Ｌを有する析出領域１４のパターンを形成し、この析出領域１４のパターン通りにカーボンナノチューブ１６が規則正しく配列された陰極１７を得ることができる。よって、この陰極１７を有する電界電子放出素子を用いて、より高精細な画像を鮮明に表示することのできるファインピッチのＦＥＤを実現することができる。
【００５９】
また、析出領域１４のパターンを有する基板１５をドライプロセスにより形成することができるので、従来のフォトリソグラフィを利用したプロセスに比べて生産が容易であり、再現性が良く、低コスト化が可能である等の利点を得ることができる。
【００６０】
更に、本実施の形態では、添加材として鉄を含むシリコンからなる素材基板１０の表面に対して熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させたのち、素材基板１０の表面を放熱させるようにしたので、熱分布１１に応じた位置に選択的に鉄を析出させ、ほぼ平面状の析出領域１４からなるパターンを形成することができる。
【００６１】
加えて、本実施の形態では、エネルギービーム１２を回折させることにより熱分布１１を与えるようにしたので、回折格子１３の周期間隔Ｐを微細化することにより熱分布１１の空間的周期Ｔを容易に制御し、析出領域１４の間隔Ｌを精度よく微細化することができる。
【００６２】
加えて、本実施の形態では、基板１５の表面に、カーボンナノチューブ１６を回避して分離溝１８を形成するようにしたので、分離溝１８によって陰極１７が互いに分離され、ＦＥＤのカソードパネル２０として利用する際に、各陰極１７にデータドライバ２２を接続して選択的に電圧を印加することができる。
【００６３】
更にまた、分離溝１８を、エネルギービーム１２を回折させることにより熱分布１１を与えて形成するようにしたので、微細な間隔で形成されたカーボンナノチューブ１６の列の中間の位置に、精度よく分離溝１８を形成することができる。また、通常のレーザアブレーションよりも短時間に複数の分離溝１８を形成することができ、カーボンナノチューブ１６に熱による悪影響を及ぼすこともない。
【００６４】
〔変形例１〕
次に、図７を参照して、上記第１の実施の形態の変形例１について説明する。本変形例は、分離溝１８を、カーボンナノチューブ１６の複数列毎、例えば２列毎に形成し、複数の陰極１７が、カーボンナノチューブ１６を各々２列ずつ有するようにしたものである。図示しないが、同様にしてカーボンナノチューブ１６の３列毎、４列毎に分離溝１８を形成することも可能であることは言うまでもない。
【００６５】
このような複数列毎の分離溝１８は、基板１５の表面に与える熱分布４１の空間的周期を、例えば溶融工程における熱分布１１の空間的周期Ｔの整数倍（ｎＴ；ｎは正の整数かつｎ≧２）となるようにすることによって形成することができる。このように空間的周期を制御することは、例えば、分離溝形成工程において用いる回折格子４３の周期間隔を、溶融工程における回折格子１３の周期間隔Ｐの整数倍（ｎＰ；ｎは正の整数かつｎ≧２）に設定することによって可能である。また、エネルギービーム１２の波長λあるいは入射角を制御することによっても可能である。
【００６６】
基板１５と回折格子４３との相対的な位置は、第１の実施の形態と同様に、熱分布４１の高温領域４１Ｈが、カーボンナノチューブ１６の列の中間の位置に形成されるように制御する。
【００６７】
本変形例によれば、カーボンナノチューブ１６の複数列毎に分離溝１８を形成することができる。
【００６８】
〔変形例２〕
次に、図８ないし図１０を参照して、本発明の変形例２を説明する。本変形例は、析出領域１４のパターンを形成した後、カーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成する前に分離溝形成工程を行うようにしたものである。
【００６９】
（溶融工程および析出工程）
まず、第１の実施の形態と同様にして溶融工程および析出工程を行い、析出領域１４のパターンを有する基板１５を形成する。
【００７０】
（分離溝形成工程）
続いて、図８および図９を参照して分離溝形成工程を説明する。まず、図８に示したように、基板１５の表面に対して、エネルギービーム１２を回折格子１３で回折させた熱分布１１を、溶融工程とは１８０度異なる位相で与える。すなわち、基板１５と回折格子１３との相対的な位置を、溶融工程における位置よりも、析出領域１４の間隔（ピッチ）Ｌの半分ずらすことによって、熱分布１１の高温領域１１Ｈが、析出領域１４の中間の位置に形成されるようにする。
【００７１】
エネルギービーム１２のエネルギー量は、高温領域１１Ｈにおいて基板１５の表面が切削されるように設定される。これにより、図９に示したように、平行線状の分離溝１８が、析出領域１４のパターンを回避して、その中間の位置に形成される。
【００７２】
（陰極形成工程）
続いて、図１０に示したように、第１の実施の形態と同様にして析出領域１４にカーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成する。
【００７３】
本変形例では、分離溝１８を形成した後にカーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成するので、カーボンナノチューブ１６が熱分布１１による悪影響を受けることを確実に防止することができる。
【００７４】
〔変形例３〕
図１１は、本発明の変形例３における分離溝形成工程を表している。本変形例では、上記変形例２において、変形例１に説明したのと同様にして析出領域１４の複数本毎、例えば２本毎に分離溝１８を形成するようにしたものである。
【００７５】
〔第２の実施の形態〕
次に、図１２ないし図１８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法および表示装置の製造方法を説明する。本実施の形態は、素材基板１０の表面を放熱させることにより素材基板１０の表面に突起を形成し、第２の物質を突起の先端部に析出させ、少なくとも先端部が第２の物質により構成された突起のパターンを有する基板を形成するようにしたものである。また、本実施の形態は、陰極形成工程において、基板と電極とを対向配置して両者の間に電界を印加し、低電圧で垂直にカーボンナノチューブを成長させるようにしたものである。
【００７６】
（溶融工程）
まず、例えば、上記第１の実施の形態における図１と同様にして溶融工程を行うが、そのときに、エネルギービーム１２のエネルギー量を一定値を超えるように制御する。例えば、エネルギービーム１２として、前述の第１の実施の形態と同様にエキシマレーザを用いる場合には、パルス発光の照射回数によりエネルギー量の制御を行うことができるが、本実施の形態では、例えばパルス照射回数を１００回とする。
【００７７】
（析出工程）
溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、溶融工程において照射されたエネルギービーム１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、図１２に示したように、高温領域１１Ｈに対応する素材基板１０の表面が隆起して、突起５１が形成される。
【００７８】
突起５１は、高温領域１１Ｈが溝１３Ａに対応して一次元方向に配列された直線状であるので、これに対応して、一次元方向に配列された直線状のリブ（突条）のパターンとして形成される。この突起５１は、素材基板１０の表面に近い部分から凝固していくので、最後に凝固する先端付近に第２の物質（鉄）が析出して、析出領域５２が形成される。したがって、析出領域５２は、突起５１の先端部に形成される。ここで、先端部とは、突起５１を素材基板１０の表面に平行な水平面Ｈ（図１３および図１４参照）で切断した場合に、突起５１の先端を含む部分をいう。例えば、析出領域５２は、図１２に示したように突起５１の先端にのみ形成されていてもよいし、図１３に示したように突起５１全体が析出領域５２となっていてもよい。あるいは図１４に示したように突起５１の先端および中腹にかけての部分に形成されていてもよい。
【００７９】
これにより、少なくとも先端部に鉄よりなる析出領域５２が形成された突起５１のパターンを有する基板５３が得られる。
【００８０】
ここで、「突起」とは、基板５３の表面から隆起し、その高さが第１の実施の形態における平面状の析出領域１４の場合より高い１ｎｍ以上の場合をいう。
【００８１】
析出領域５２の幅（線幅）Ｗ、すなわち熱分布１１の変調方向における析出領域５２の寸法は、第１の実施の形態と同様に、素材基板１０における第２の物質（鉄）の含有量により定まり、第２の物質（鉄）の含有量が大きいほど、析出領域５２の幅Ｗは大きくなる。析出領域５２の幅Ｗは、原理的には第２の物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、素材基板１０における第２の物質の含有量を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【００８２】
本実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、析出領域５２が突起５１であり、先端になるに従って断面積が小さくなっているので、析出領域５２の幅の微細化が容易である。
【００８３】
析出領域５２の幅Ｗの具体的な値については、第１の実施の形態において析出領域１４の幅Ｗについて説明したのと同様に、第２の物質の材料および析出領域５２の用途によって定められるが、例えば図１６に示したように析出領域５２に析出した鉄を触媒として、複数のカーボンナノチューブ５４が直線状に配列された陰極５５を形成する場合には、幅Ｗは、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましく、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましく、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。理由は第１の実施の形態において説明したのと同様である。
【００８４】
また、突起５１の間隔Ｌ、すなわち熱分布１１の変調方向における析出領域５２の間隔（ピッチ）は、熱分布１１の空間的周期Ｔに応じて、すなわち回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、周期間隔Ｐを微細にするほど突起５１の間隔Ｌを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔Ｌで突起５１および析出領域５２を形成することが可能である。突起５１の間隔Ｌは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましく、更に、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。理由は第１の実施の形態において説明したのと同様である。
【００８５】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【００８６】
（陰極形成工程）
続いて、図１５および図１６を参照して陰極形成工程を説明する。第１の実施の形態と同様にして、例えばＣＶＤ法あるいはプラズマ増速ＣＶＤ（Plasma Enhanced ＣＶＤ；ＰＥＣＶＤ）法などにより、基板５３の上にカーボンナノチューブ５４を成長させて陰極５５（図１６参照）を形成する。このとき、図１５（Ａ）に示したように、基板５３と例えばカーボン（Ｃ）よりなる電極５６とを対向配置して両者の間に電圧を印加する。基板５３には突起５１が形成されているので、突起５１の位置で電界が強まり、図１５（Ｂ）に示したように、カーボンナノチューブ５４を垂直に成長させることができる。よって、低電圧でカーボンナノチューブ５４の成長方向を一定方向に制御することができる。こうして得られた陰極５５は、カーボンナノチューブ５４の配向性が高いので、ＦＥＤの陰極として利用すれば電子放出特性を向上させることができる。
【００８７】
なお、このように電界を印加しながらカーボンナノチューブ５４を成長させる場合には、素材基板１０を構成する第１の物質として、例えばリン（Ｐ）を添加したシリコンなどの導電性の良好なものを用いることが好ましい。
【００８８】
（分離溝形成工程）
続いて、第１の実施の形態において説明したのと同様にして分離溝形成工程を行う。これにより、図１７に示したように、カーボンナノチューブ５４の列を回避して、その中間の位置に分離溝５８が形成される。
【００８９】
以上により、直線状に配列されたカーボンナノチューブ５４を各々一列ずつ有する複数の陰極５５と、これらの陰極５５を互いに分離する分離溝５８とを備えた電界電子放出素子が得られる。
【００９０】
（ＦＥＤ）
図１８は、このような電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表すものである。このＦＥＤは、カソードパネル６０とアノードパネル３０とが対向配置されて一体化され、内部が高真空状態とされている。
【００９１】
カソードパネル６０は、上述した陰極５５が形成された基板５３により構成されている。カソードパネル６０は、必要な画面の寸法および基板５３の大きさに応じて、複数の基板５３を複合したものを用いることも可能である。陰極５５は、Ｒ用のカソード電極６１Ｒ，Ｇ用のカソード電極６１ＧおよびＢ用のカソード電極６１Ｂを介して、データドライバ６２に接続されている。カソード電極６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂとしては、分離溝１８によって切断された素材基板１０を利用してもよいし、別途配線を設けるようにしてもよい。
【００９２】
アノードパネル３０は、第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００９３】
このＦＥＤでは、例えばアノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂとカソード電極６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂとの間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極５５において電界電子放出が起こり、蛍光体膜３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂの蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。ここでは、陰極５５のカーボンナノチューブ５４の成長方向が垂直に揃っており、配向性が高いので、放出される電子の量が均一化され、電子放出特性が向上する。また、輝度のばらつきが防止される。
【００９４】
このように本実施の形態では、素材基板１０の所定の位置に、少なくとも先端部が第２の物質（鉄）により構成された突起５１を形成するようにしたので、パターンを平面状にする場合に比べて析出領域５２の幅をより微細にすることができ、第１の実施の形態に比べてより微細なパターンを形成することができる。
【００９５】
また、本実施の形態では、基板５３と電極５６とを対向配置して両者の間に電圧を印加するようにしたので、低電圧でカーボンナノチューブ５４の成長方向を一定方向に制御することができる。よって、陰極５５のカーボンナノチューブ５４の配向性を高め、ＦＥＤの陰極として利用すれば電子放出特性を向上させ、輝度のばらつきを防止することができる。
【００９６】
〔変形例４〕
図１９は、第２の実施の形態の陰極形成工程の変形例を表している。本変形例では、図１９（Ａ）に示したように、基板５３を二枚対向配置し、突起５１のパターンどうしを向かい合わせて、二枚の基板５３の間に電界を印加するようにしたものである。本変形例でも、突起５１の位置で電界が強まり、図１９（Ｂ）に示したように、両方の基板５３の突起５１の先端部からカーボンナノチューブ５４を垂直に成長させることができる。よって、上記第２の実施の形態の効果に加え、二枚の基板５３に同時にカーボンナノチューブ５４を垂直に形成することができるので、生産効率を更に向上させることができる。
【００９７】
〔変形例５〕
続いて、図２０および図２１を参照して、第２の実施の形態の陰極形成工程の他の変形例を説明する。本変形例では、電極として、基板５３の突起５１のパターンに対応する突起のパターンが形成されたものを用い、基板５３の突起５１のパターンと電極の突起のパターンとを向かい合わせて対向配置するようにしたものである。
【００９８】
まず、図２０に示したように、第２の実施の形態と同一の電極５６に、第２の実施の形態の溶融工程および析出工程と同様にして突起５６Ａのパターンを形成し、突起電極５６Ｂとする。突起５６Ａは、先端部に析出領域が形成されていないことを除いては、形状、幅Ｗおよび間隔Ｌなどすべて突起５１と同様に形成される。
【００９９】
続いて、図２１（Ａ）に示したように、基板５３の突起５１のパターンと突起電極５６Ｂの突起５６Ａのパターンとを向かい合わせて対向配置し、基板５３と突起電極５６Ｂとの間に電界を印加する。これにより、突起５１，５６Ａの位置で電界が強まり、図２１（Ｂ）に示したように、基板５３の突起５１の先端部からカーボンナノチューブ５４を垂直に成長させることができる。
【０１００】
〔変形例６〕
図２２は、第２の実施の形態の陰極形成工程の更に他の変形例を表している。本変形例では、図２２（Ａ）に示したように、第１の実施の形態の平面状の析出領域１４のパターンが形成された基板１５と、変形例５の突起５６Ａのパターンが形成された突起電極５６Ｂとを対向配置して電界を印加するようにしたものである。これにより、突起５６Ａの位置で電界が強まり、図２２（Ｂ）に示したように、析出領域１４の位置からカーボンナノチューブ１６を垂直に成長させることができる。成長したカーボンナノチューブ１６には、析出領域１４に析出していた第２の物質５７、すなわち本実施の形態では鉄が内包される。
【０１０１】
〔変形例７〕
図２３は、第１の実施の形態の触媒配置工程の変形例を表している。本変形例では、触媒配置工程は、平坦状の電極の表面に、所望のパターンに応じて変調された熱分布を用いて突起のパターンを形成する「突起電極形成工程」と、触媒機能を有する金属を含む触媒溶液の中において、突起電極と導電性の基板との間に電界を印加して金属を還元し析出させることにより、基板上に、触媒機能を有する金属よりなり突起電極に対応したパターンを形成する「還元析出工程」とを含んでいる。
【０１０２】
（突起電極形成工程）
まず、変形例５の図２０に示したように、平坦面を有する電極５６の表面に、突起５６Ａのパターンを形成して突起電極５６Ｂとする。突起５６Ａのパターンの形成方法は、変形例５で説明したのと同様である。
【０１０３】
（還元析出工程）
そして、図２３（Ａ）に示したように、カーボンナノチューブを形成するための触媒機能を有する金属、例えば鉄を含む触媒溶液７１の中において、突起電極５６Ｂと導電性の基板７２とを対向配置して電界を印加する。触媒機能を有する金属としては、鉄に限らず、第１の実施の形態において第２の物質として挙げたものを用いることができる。これにより、突起５６Ａの位置で電界が強まり、図２３（Ｂ）に示したように、導電性の基板７２に、突起５６Ａのパターンに対応して鉄を還元により析出させて析出領域７３を形成することができる。こうして、析出領域７３のパターンを有する基板７２を得ることができ、触媒配置工程が終了する。
【０１０４】
本変形例では、平坦な電極５６の表面に、熱分布を用いて突起５６Ａのパターンを形成し、このパターンに対応して導電性の基板７２に触媒金属（鉄）の析出領域７３を形成するようにしたので、析出領域７３を、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な幅および間隔で形成された突起５６Ａのパターンに対応して形成することができる。
【０１０５】
〔第３の実施の形態〕
次に、図２４ないし図３２を参照して、第３の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法および表示装置の製造方法について説明する。本実施の形態は、溶融工程において、エネルギービームのエネルギー量を、二次元方向すなわちＸ方向およびＹ方向に変調させ、素材基板１０の表面に対して、Ｘ方向熱分布８１ＸおよびＹ方向熱分布８１Ｙを与えるようにしたものである。
【０１０６】
（溶融工程）
まず、図２４を参照して溶融工程を説明する。Ｘ方向熱分布８１Ｘは、素材基板１０の表面温度がＸ方向に変調されて、Ｘ方向高温領域８１ＸＨとＸ方向低温領域８１ＸＬとが周期的に形成されたものである。また、Ｙ方向温度分布８１Ｙは、素材基板１０の表面温度がＹ方向に変調されて、Ｙ方向高温領域８１ＹＨとＹ方向低温領域８１ＹＬとが周期的に形成されたものである。
【０１０７】
Ｘ方向熱分布８１ＸおよびＹ方向熱分布８１Ｙは、例えば、エネルギービーム１２を、非透過部分８２Ａおよび透過部分８２Ｂが二次元方向に配列された回折格子８２で回折させることにより与えられる。回折格子８２としては、例えば、非透過部分８２Ａにエネルギービーム１２を透過させないマスクが印刷されたものなどを用いることができる。
【０１０８】
図２５は、素材基板１０の表面においてＸ方向温度分布８１ＸとＹ方向温度分布８１Ｙとが重畳されることにより、熱分布８３が形成された状態を表している。図２５に示したように、素材基板１０の表面には、Ｘ方向高温領域８１ＸＨとＹ方向高温領域８１ＹＨとの重複する位置に高温領域８３Ｈを有し、Ｘ方向低温領域８１ＸＬとＹ方向低温領域８１ＹＬとの重複する位置に低温領域８３Ｌを有するような熱分布８３が形成される。これにより、高温領域８３Ｈは、非透過部分８２Ａおよび透過部分８２Ｂの配列されている方向に沿って二次元方向に配列される。
【０１０９】
熱分布８３のＸ方向における空間的周期ＴＸ、すなわち高温領域８３ＨのＸ方向における間隔（ピッチ）は、回折格子８２のＸ方向における周期間隔ＰＸおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。また、熱分布８３のＹ方向における空間的周期ＴＹ、すなわち高温領域８３ＨのＹ方向における間隔（ピッチ）は、回折格子８２のＹ方向における周期間隔ＰＹおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど熱分布８３の空間的周期ＴＸ，ＴＹを微細化することができる。ここで、本実施の形態では、回折格子８２のＸ方向における周期間隔ＰＸとは、一つの非透過部分８２ＡのＸ方向における寸法と一つの透過部分８２ＢのＸ方向における寸法との和をいい、回折格子８２のＹ方向における周期間隔ＰＹとは、一つの非透過部分８２ＡのＹ方向における寸法と一つの透過部分８２ＢのＹ方向における寸法との和をいう。
【０１１０】
回折格子８２のＸ方向における周期間隔ＰＸとＹ方向における周期間隔ＰＹとは、互いに独立に設定することができる。したがって、図２６に示したように、熱分布８３のＸ方向における空間的周期ＴＸとＹ方向における空間的周期ＴＹとを、互いに独立に設定することも可能である。
【０１１１】
なお、回折格子８２としては、マスク印刷により非透過部分８２Ａおよび透過部分８２Ｂが形成されたものではなく、凹部または凸部が形成されたものを用いることも可能である。凹凸が形成された回折格子８２の場合には、回折格子８２のＸ方向における周期間隔ＰＸとは、凹部（または凸部）のＸ方向における間隔（ピッチ）をいい、回折格子８２のＹ方向における周期間隔ＰＹとは、凹部（または凸部）のＹ方向における間隔（ピッチ）をいう。
【０１１２】
エネルギービーム１２のエネルギー量は、低温領域８３Ｌにおいて素材基板１０の表面が溶融する温度となるように設定される。これにより、素材基板１０の表面の全体を溶融させることができる。このとき、エネルギービーム１２としてエキシマレーザを用いると、パルス発光の照射回数によりエネルギー量の制御を行うことができる。
【０１１３】
（析出工程）
次に、図２７および図２８を参照して、析出工程を説明する。溶融工程において素材基板１０の表面の全体を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めて素材基板１０の表面を放熱させ、熱分布８３に応じた位置すなわち高温領域８３Ｈに対応する位置に第２の物質を析出させ、析出領域８４を形成する。これにより、析出領域８４のパターンを有する基板８５が得られる。
【０１１４】
析出領域８４は、高温領域８３Ｈが素材基板１０の表面に二次元方向に配列されているので、これに対応して、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された点状のパターンとして形成される。析出領域８４のＸ方向における寸法（直径）ＤＸおよびＹ方向における寸法（直径）ＤＹは、素材基板１０における第２の物質の含有量により定まり、第２の物質の含有量が大きいほど、析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹは大きくなる。析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹは、原理的には第２の物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、素材基板１０における第２の物質の含有量を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【０１１５】
析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹの具体的な値は、第２の物質の材料および析出領域８４の用途によって定められるが、例えば図２９に示したように析出領域８４に析出した鉄を触媒として、複数のカーボンナノチューブ８６が二次元に配列された陰極８７を形成する場合には、析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹはそれぞれ、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましい。カーボンナノチューブ８６の直径が最小で０．４ｎｍであるからである。
【０１１６】
析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹはそれぞれ、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましい。カーボンナノチューブ８６は、直径が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲にあるものが多いからである。
【０１１７】
更に、析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に更に好ましい。析出領域８４のＸ方向またはＹ方向に多数のカーボンナノチューブ８６が接近して屹立する可能性が小さくなるので、陰極８７を例えば電界電子放出素子として使用する場合に、カーボンナノチューブ８６の各々の表面における電界強度の低下を防止し、電界放出に必要な印加電圧を小さくすることができるからである。また、例えば二次元に配列されたカーボンナノチューブ８６を記録装置（メモリ）として利用する場合には、一箇所の析出領域８４には１本のみのカーボンナノチューブ８６を形成することが必要となる場合があるので、カーボンナノチューブ８６の直径と析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹとを一致させることが好ましいからである。
【０１１８】
また、析出領域８４のＸ方向における間隔ＬＸ、およびＹ方向における間隔ＬＹは、熱分布８３の空間的周期ＴＸ，ＴＹに応じて、すなわち回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど析出領域８４の間隔ＬＸ，ＬＹを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔ＬＸ，ＬＹで析出領域８４を形成することも可能である。
【０１１９】
析出領域８４の間隔ＬＸ，ＬＹは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましい。前述のように、従来のフォトリソグラフィでは解像限界が５０ｎｍであるため、従来のフォトリソグラフィで形成可能な最小のパターンは、例えば山５０ｎｍ、谷５０ｎｍ、および山５０ｎｍで、その間隔は解像限界の２倍すなわち１００ｎｍとなるからである。更に、析出領域８４の間隔ＬＸ，ＬＹは、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。従来の電子ビームリソグラフィの解像限界が２５ｎｍ程度であるため、従来の電子ビームリソグラフィで形成可能な最小のパターンの間隔は、同様に解像限界の２倍すなわち５０ｎｍとなるからである。
【０１２０】
なお、図２６に示したように熱分布８３のＸ方向における空間的周期ＴＸとＹ方向における空間的周期ＴＹとを、互いに独立に設定した場合には、これに対応して、図３０に示したように析出領域８４が楕円形に形成される。
【０１２１】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【０１２２】
（陰極形成工程）
次に、図２９に示したように、第１の実施の形態と同様にして、例えばＣＶＤ法により基板８５の上にカーボンナノチューブ８６を成長させて陰極８７を形成する。カーボンナノチューブ８４は析出領域８４にのみ成長するので、カーボンナノチューブ８６が二次元方向に配列された陰極８７が形成される。１つの陰極８７に含まれるカーボンナノチューブ８６の数は、少なければ少ないほど望ましい。電界がより集中しやすくなるからである。
【０１２３】
なお、陰極形成工程において、第２の実施の形態のように基板８５と図示しない電極とを対向配置して両者の間に電圧を印加するようにしてもよい。
【０１２４】
（分離溝形成工程）
続いて、第１の実施の形態において説明したのと同様にして分離溝形成工程を行う。これにより、図３１に示したように、二次元方向に配列されたカーボンナノチューブ８６を回避して、その中間の位置に平行線状の分離溝８８が形成される。
【０１２５】
以上により、間隔をあけて配列されたカーボンナノチューブ８６を各々一列ずつ有する複数の陰極８７と、これらの陰極８７を互いに分離する分離溝８８とを備えた電界電子放出素子が得られる。
【０１２６】
（ＦＥＤ）
図３２は、このような電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表すものである。このＦＥＤは、カソードパネル９０とアノードパネル３０とが対向配置されて一体化され、内部が高真空状態とされている。
【０１２７】
カソードパネル９０は、上述した陰極８７が形成された基板８５により構成されている。カソードパネル９０は、必要な画面の寸法および基板８５の大きさに応じて、複数の基板８５を複合したものを用いることも可能である。陰極８７は、Ｒ用のカソード電極９１Ｒ，Ｇ用のカソード電極９１ＧおよびＢ用のカソード電極９１Ｂを介して、データドライバ９２に接続されている。カソード電極９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂとしては、分離溝８８によって切断された素材基板１０を利用してもよいし、別途配線を設けるようにしてもよい。
【０１２８】
アノードパネル３０は、第１の実施の形態と同様に構成されている。
【０１２９】
このＦＥＤでは、例えばアノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂとカソード電極９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂとの間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極５５において電界電子放出が起こり、蛍光体膜３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂの蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。ここでは、陰極８７のカーボンナノチューブ８６が間隔をあけて二次元に配列されているので、各カーボンナノチューブ８６の表面における電界強度が大きくなり、電子放出特性が向上する。
【０１３０】
このように本実施の形態では、エネルギービーム１２のエネルギー量を二次元方向に変調させることにより熱分布８３を形成するようにしたので、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された析出領域８４のパターンを形成することが可能となる。
【０１３１】
また、回折格子８２を用いてエネルギービーム１２を回折させることにより熱分布８３を形成するようにしたので、回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細化することにより熱分布８３の空間的周期ＴＸ，ＴＹを容易に制御し、析出領域８４の間隔ＬＸ，ＬＹを微細化することができる。
【０１３２】
〔変形例８〕
図３３は、第３の実施の形態における分離溝形成工程の変形例を表している。本変形例では、図３３に示したように、分離溝８８を格子状に形成するようにしている。この場合には、分離溝８８のＸ方向における間隔とＹ方向における間隔とは独立に設定することができる。
【０１３３】
このように分離溝８８を格子状に形成した場合には、ＦＥＤのカソードパネルとして利用するためのカソード電極は、例えば、基板８５の裏側から穴を開けて配線を行うことなどが可能である。
【０１３４】
なお、第３の実施の形態の分離溝形成工程は、図３３の他にも様々な変形が可能である。例えば、分離溝形成工程は、析出領域８４を形成した後、カーボンナノチューブ８６を成長させて陰極８７を形成する前に行っても良い。また、分離溝８８は、カーボンナノチューブ８６の複数列、例えば２列毎に形成することもできる。
【０１３５】
〔変形例９〕
次に、図３４ないし図３６を参照して、第３の実施の形態の析出工程の変形例を説明する。本変形例は、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された突起を形成し、この突起の先端部に第２の物質を析出させるようにしたものである。
【０１３６】
（溶融工程）
まず、例えば、第３の実施の形態における図２４および図２５と同様にして溶融工程を行うが、そのときに、第２の実施の形態と同様に、エネルギービーム１２のエネルギー量を一定値を超えるように制御する。
【０１３７】
（析出工程）
溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、溶融工程において照射されたエネルギービーム１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、図３４および図３５に示したように、高温領域８３Ｈに対応する素材基板１０の表面が隆起して、突起１０１が形成される。
【０１３８】
突起１０１は、高温領域８３Ｈが素材基板１０の表面に二次元方向に配列されているので、これに対応して、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された錘体のパターンとして形成される。突起１０１は、素材基板１０の表面に近い部分から凝固していくので、最後に凝固する先端付近に第２の物質が析出して、析出領域１０２が形成される。したがって、析出領域１０２は、突起１０１の先端部に形成される。ここで、先端部の意味およびその具体例については、第２の実施の形態において図１３および図１４を参照して説明したのと同様である。
【０１３９】
これにより、少なくとも先端部に鉄よりなる析出領域１０２が形成された突起１０１のパターンを有する基板１０３が得られる。
【０１４０】
析出領域１０２のＸ方向における寸法（直径）ＤＸおよびＹ方向における寸法（直径）ＤＹは、素材基板１０における第２の物質（鉄）の含有量により定まり、第２の物質（鉄）の含有量が大きいほど、析出領域１０２の寸法ＤＸ，ＤＹは大きくなる。析出領域１０２の寸法ＤＸ，ＤＹは、原理的には第２の物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、素材基板１０における第２の物質の含有量を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【０１４１】
析出領域１０２の寸法ＤＸ，ＤＹの具体的な値については、第３の実施の形態において析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹについて説明したのと同様に、第２の物質の材料および析出領域１０２の用途によって定められるが、例えば図３６に示したように析出領域１０２に析出した鉄を触媒として、複数のカーボンナノチューブ１０４が二次元方向に配列された陰極１０５を形成する場合には、析出領域１０２の寸法ＤＸ，ＤＹはそれぞれ、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましく、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましく、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。理由は、第３の実施の形態において説明したのと同様である。
【０１４２】
また、突起１０１のＸ方向における間隔ＬＸ、およびＹ方向における間隔ＬＹは、熱分布８３の空間的周期ＴＸ，ＴＹに応じて、すなわち回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど突起１０１および析出領域１０２の間隔ＬＸ，ＬＹを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔ＬＸ，ＬＹで突起１０１および析出領域１０２を形成することも可能である。突起１０１および析出領域１０２の間隔ＬＸ，ＬＹは、１００ｎｍ以下であることが好ましく、更に、５０ｎｍ以下であればより好ましい。理由は、第３の実施の形態において説明したのと同様である。
【０１４３】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【０１４４】
（陰極形成工程）
次に、図３６に示したように、第３の実施の形態と同様にして、例えばＣＶＤ法により基板１０３の上にカーボンナノチューブ１０４を成長させて陰極１０５を形成する。カーボンナノチューブ１０４は析出領域１０２にのみ成長するので、カーボンナノチューブ１０４が二次元方向に配列された陰極１０５が形成される。
【０１４５】
このように本変形例では、素材基板１０の所定の位置に、高さ方向の少なくとも一部が第２の物質により構成された突起１０１のパターンを二次元方向に配列するようにしたので、第１，第３の実施の形態の平面状の析出領域１４，８４に比べてより微細な寸法の析出領域１０２を形成することができる。
【０１４６】
〔第４の実施の形態〕
次に、図３７ないし図３９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法および表示装置の製造方法を説明する。本実施の形態は、陰極に対応して引き出し電極を形成する引き出し電極形成工程を更に含むものである。すなわち、本実施の形態は、上記変形例２において分離溝形成工程を行った後に、引き出し電極を形成し、続いてカーボンナノチューブを成長させて陰極を形成するようにしたものである。
【０１４７】
（溶融工程および析出工程）
まず、図３７（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして溶融工程および析出工程を行い、析出領域１４のパターンを有する基板１５を形成する。なお、析出領域１４は前述のようにほぼ平面状となっているが、図３７ではわかりやすくするため基板１５の表面から突出して表している。
【０１４８】
（分離溝形成工程）
続いて、図３７（Ｂ）に示したように、分離溝１８を、析出領域１４のパターンを回避して、その中間の位置に形成する。分離溝１８の形成方法は、変形例２で図８および図９を参照して説明したのと同様である。
【０１４９】
（引き出し電極形成工程）
分離溝１８を形成したのち、引き出し電極形成工程を行う。まず、図３８（Ａ）に示したように、基板１５の上に、例えばスパッタリングまたは化学蒸着法により、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）などよりなる絶縁膜１１１を形成する。
【０１５０】
続いて、図３８（Ｂ）に示したように、絶縁膜１１１の上に、例えばスパッタリングまたは化学蒸着法により、例えばニオブ（Ｎｂ）またはモリブデン（Ｍｏ）などよりなる導電性膜１１２を形成する。
【０１５１】
導電性膜１１２を形成したのち、図３８（Ｃ）に示したように、例えばフォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、絶縁膜１１１および導電性膜１１２に、析出領域１４各々に対向して開口部１１３を形成する。これにより、基板１５の上に、絶縁膜１１１を介してニオブまたはモリブデンよりなる引き出し電極１１４が形成される。
【０１５２】
（陰極形成工程）
続いて、図３９に示したように、第１の実施の形態と同様にして析出領域１４にカーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成する。これにより陰極１７に対応して引き出し電極１１４を有する電界電子放出素子が得られる。
【０１５３】
（ＦＥＤ）
図４０は、このような電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表すものである。このＦＥＤは、カソードパネル１２０とアノードパネル３０とが対向配置されて一体化され、内部が高真空状態とされている。
【０１５４】
カソードパネル１２０は、上述した陰極１７およびこの陰極１７に対応して引き出し電極１１４が形成された基板１５により構成されている。カソードパネル１２０は、必要な画面の寸法および基板１５の大きさに応じて、複数の基板１５を複合したものを用いることも可能である。陰極１７は、Ｒ用のカソード電極１２１Ｒ，Ｇ用のカソード電極１２１ＧおよびＢ用のカソード電極１２１Ｂを介して、図示しないデータドライバに接続されている。カソード電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとしては、分離溝１８によって切断された素材基板１０を利用してもよいし、別途配線を設けるようにしてもよい。また、引き出し電極１１４は、カソード電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂに対応してＲ用の引き出し電極１１４Ｒ，Ｇ用の引き出し電極１１４ＧおよびＢ用の引き出し電極１１４Ｂが含まれている。Ｒ用の引き出し電極１１４Ｒ，Ｇ用の引き出し電極１１４ＧおよびＢ用の引き出し電極１１４Ｂは、図示しないスキャンドライバに接続されている。
【０１５５】
アノードパネル３０は、アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに所定の直流電圧が固定的に印加されることを除いては、第１の実施の形態と同様に構成されている。なお、図４０では、アノード電極３２Ｒおよび蛍光体膜３３Ｒのみが示されている。
【０１５６】
このＦＥＤでは、例えば引き出し電極１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂとカソード電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとの間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極１７において電界電子放出が起こり、蛍光体膜３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ（図６参照）の蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。ここでは、陰極１７に対応して引き出し電極１１４が形成されているので、低い電圧で電界電子放出が発生する。
【０１５７】
このように本実施の形態では、陰極１７に対応して引き出し電極１１４を設けたので、低い電圧で電界電子放出を発生させることができる。
【０１５８】
〔変形例１０〕
続いて、図４１ないし図４３を参照して、第４の実施の形態の変形例を説明する。本変形例は、金属触媒としての鉄（Ｆｅ）により構成された素材基板１０の表面に、第２の実施の形態と同様にして突起のパターンを形成したのち、この突起の最先端部分以外の表面に、カーボンナノチューブの成長を抑制する抑制層を形成するようにしたものである。
【０１５９】
すなわち、本変形例は、触媒配置工程として、素材基板１０の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させる「溶融工程」と、素材基板１０の表面を放熱させることにより、熱分布１１に応じた位置に、すなわち所望のパターンで突起を形成する「突起形成工程」と、突起の最先端部分以外の表面に、カーボンナノチューブの成長を抑制する抑制層を形成する「抑制層形成工程」とを含むものである。そののち、分離溝を形成する「分離溝形成工程」を行ったのち、抑制層で覆われていない突起の最先端部分にカーボンナノチューブを成長させて陰極を形成する「陰極形成工程」を行う。
【０１６０】
（溶融工程）
まず、第２の実施の形態と同様にして溶融工程を行う。このとき、素材基板１０は、本実施の形態では金属触媒としての鉄（Ｆｅ）により構成されている。
【０１６１】
素材基板１０の材料は、例えばカーボンナノチューブを形成するための金属触媒としての機能を有するものであればよく、その具体例は、上記第１の実施の形態において第２の物質として例示したものと同様である。
【０１６２】
（突起形成工程）
次に、図４１（Ａ）を参照して突起形成工程を説明する。すなわち、溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、素材基板１０の表面の温度は徐々に低下して凝固するが、このとき、溶融工程において照射されたエネルギービーム１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、高温領域１１Ｈに対応する位置に、素材基板１０の表面から隆起した突起１３４が形成される。突起１３４は、先端部に析出領域が形成されていないことを除いては、形状、幅Ｗおよび間隔Ｌなどすべて第２の実施の形態の突起５１と同様に形成される。
【０１６３】
（分離溝形成工程）
そののち、図４１（Ｂ）に示したように、分離溝１３５を形成する。分離溝１３５の形成は、例えば変形例２と同様に行うことができる。
【０１６４】
（抑制層形成工程）
次に、図４１（Ｃ）に示したように、突起１３４の最先端部分１３４Ａ以外の表面に、抑制層１３６を形成する。この抑制層１３６は、後述する陰極形成工程において突起１３４の側面からカーボンナノチューブが成長することを抑制し、カーボンナノチューブの成長する領域を限定するものであり、例えば二酸化ケイ素を、ＳＯＧ（Spin On Glass ）により塗布することにより、またはＣＶＤ法などにより形成される。なお、抑制層１３６の材料は、上述の二酸化ケイ素の他、窒化ケイ素（ＳｉＮ），ポリイミド，ポリメチルメタクリレート（Poly Methyl Methacrylate；ＰＭＭＡ），金属酸化膜などの絶縁体材料、あるいはシリコン，ゲルマニウムなどの半導体材料を用いてもよい。特に、抑制層１３６の材料として絶縁体材料を用いた場合には、突起１３４の最先端部分１３４Ａの周辺が絶縁体材料よりなる抑制層１３６で満たされるので、カーボンナノチューブ１４５の周辺に絶縁物が存在しない場合に比べて、より高い電界をカーボンナノチューブ１４５に集中させることができる。
【０１６５】
以上により、触媒配置工程が完了し、突起１３４の最先端部分１３４Ａ以外の表面に抑制層１３６が形成された基板１３７が形成される。
【０１６６】
（引き出し電極形成工程）
基板１３７を形成したのち、引き出し電極形成工程を行う。まず、図４２（Ａ）に示したように、基板１３７の上に、例えばスパッタリングまたは化学蒸着法により、例えば二酸化ケイ素などよりなる絶縁膜１４１を形成する。
【０１６７】
続いて、図４２（Ｂ）に示したように、絶縁膜１４１の上に、例えばスパッタリングまたは化学蒸着法により、例えばニオブ（Ｎｂ）またはモリブデン（Ｍｏ）などよりなる導電性膜１４２を形成する。
【０１６８】
導電性膜１４２を形成したのち、図４２（Ｃ）に示したように、例えばフォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、絶縁膜１４１および導電性膜１４２に、突起１３４の最先端部分１３４Ａの各々に対向して開口部１４３を形成する。これにより、基板１３７の上に、絶縁膜１４１を介してニオブまたはモリブデンよりなる引き出し電極１４４が形成される。
【０１６９】
（陰極形成工程）
続いて、図４３に示したように、第１の実施の形態と同様にして突起１３４の最先端部分１３４Ａからカーボンナノチューブ１４５を成長させて陰極１４６を形成する。これにより、陰極１４６に対応して引き出し電極１４４を有する電界電子放出素子が得られる。
【０１７０】
このように本変形例では、上記第４の実施の形態の効果に加えて、突起１３４の最先端部分１３４Ａ以外の表面に抑制層１３６を形成するようにしたので、突起１３４の最先端部分１３４Ａのみにカーボンナノチューブ１４５を成長させることができる。
【０１７１】
特に、抑制層１３６の材料として絶縁体材料を用いた場合には、突起１３４の最先端部分１３４Ａの周辺が絶縁体材料よりなる抑制層１３６で満たされるので、カーボンナノチューブ１４５の周辺に絶縁物が存在しない場合に比べて、より高い電界をカーボンナノチューブ１４５に集中させることができる。
【０１７２】
〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記第１の実施の形態によって陰極１７を形成した後、カーボンナノチューブ１６の先端を所定の平面内に形成すると共にその先端を開放端（オープンエンド）とする高さ均一化工程を更に含むようにしたものである。
【０１７３】
なお、ここで、「高さ」とは、カーボンナノチューブ１６の先端の位置、すなわち素材基板１０の表面とカーボンナノチューブ１６の先端との距離をいう。よって、カーボンナノチューブ１６の高さは、カーボンナノチューブ１６の長さすなわち延長方向における実際の寸法とは異なる場合もありうる。
【０１７４】
（高さ均一化工程）
以下、図４４を参照して、高さ均一化工程を説明する。まず、図４４（Ａ）に示したように、カーボンナノチューブ１６の周囲の空間に固定層１５１を充填し、カーボンナノチューブ１６を固定層１５１により固定する。固定層１５１の材料としては、例えば、二酸化ケイ素，窒化ケイ素，ポリイミド，ＰＭＭＡ，金属酸化膜などの絶縁体材料、あるいはシリコン，ゲルマニウムなどの半導体材料などが用いられる。固定層１５１の形成方法としては、例えば、ＰＥＣＶＤ法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法、ＳＯＧなどが挙げられる。固定層１５１の厚さは、特に限定されない。
【０１７５】
次に、図４４（Ｂ）に示したように、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ；化学機械研磨）により、固定層１５１と共にカーボンナノチューブ１６を研磨する。これにより、カーボンナノチューブ１６の先端が同一平面ＰＬ内に揃えられると共に、研磨により先端が開放されて開放端１６Ａとなる。よって、陰極１７のカーボンナノチューブ１６の高さを均一化することができる。
【０１７６】
この場合、素材基板１０の表面に対して傾いた角度で成長したカーボンナノチューブ１６があっても、すべてのカーボンナノチューブ１６の先端が同一平面ＰＬ内に揃うので、すべてのカーボンナノチューブ１６からの電界放射を行うことが可能となる。
【０１７７】
このように本実施の形態では、カーボンナノチューブ１６の高さが均一化されるので、例えばＦＥＤとして用いる際に均一な放射特性が得られる。また、先端は開放端１６Ａとなっているので電界放出特性が良好となり、低い電圧で電界放射を行うことができる。
【０１７８】
また、第２の実施の形態と本実施の形態とを組み合わせて、基板と電極との間に電界を印加させることにより垂直方向に揃えて成長させたカーボンナノチューブの高さを均一化するようにすれば、カーボンナノチューブの形状および成長方向を均一化することができ、更に電界放出特性を高めることができる。
【０１７９】
なお、本実施の形態においては、固定層１５１を、図４４（Ｂ）に示した研磨の際の平坦化層として用いた場合について説明したが、研磨せずに図４４（Ａ）に示した状態で、例えばＦＥＤなどに利用することも可能である。この場合には、固定層１５１によってカーボンナノチューブ１６が固定されるのでカーボンナノチューブ１６を堅牢化することができると共に、陰極１７の取扱いを容易にすることができる。
【０１８０】
更に、固定層１５１を絶縁性材料により構成し、固定層の上にニオブまたはモリブデンよりなる引き出し電極を形成するようにしてもよい。
【０１８１】
〔変形例１１〕
次に、図４５ないし図４９を参照して変形例１１を説明する。本変形例は、第１の実施の形態の触媒配置工程の変形例であり、転写物質（ここでは、触媒金属）からなる素材基板１０の表面に、転写物質の突起のパターンを形成し、これを転写用原盤として、この転写用原盤のパターンを被転写基板に転写させて基板を得、この基板にカーボンナノチューブを成長させて陰極を形成するものである。
【０１８２】
具体的には、本変形例は、触媒配置工程として、素材基板１０の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させる「溶融工程」と、素材基板１０の表面を放熱させることにより、熱分布１１に応じた位置に、すなわち、所望のパターンで突起を形成する「突起形成工程」と、転写用原盤のパターンを被転写基板に転写させて基板を作製する「転写工程」とを含むものである。
【０１８３】
（溶融工程）
まず、第２の実施の形態と同様にして溶融工程を行う。このとき、素材基板１０は、本実施の形態では金属触媒としての鉄により構成されている。
【０１８４】
素材基板１０の材料は、例えばカーボンナノチューブを形成するための金属触媒としての機能を有するものであればよく、その具体例は、上記第１の実施の形態において第２の物質として例示したものと同様である。
【０１８５】
（突起形成工程，原盤作製工程）
次に、図４５を参照して突起形成工程を説明する。すなわち、溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、素材基板１０の表面の温度は徐々に低下して凝固するが、このとき、溶融工程において照射されたエネルギービーム１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、高温領域１１Ｈに対応する位置に、素材基板１０の表面から隆起した突起１６４が形成され、素材基板１０の表面に突起１６４を有する転写用原盤（以下，原盤という）１６５が形成される。
【０１８６】
突起１６４は、高温領域１１Ｈが溝１３Ａに対応して一次元方向に配列された直線状であるので、これに対応して、一次元方向に配列された直線状のリブ（突条）のパターンとして形成される。突起１６４の幅（線幅）Ｗ、すなわち熱分布１１の変調方向における突起１６４の下端部の寸法は、溶融温度および冷却速度により定まる。溶融温度は、エネルギービーム１２のエネルギー量、すなわちエキシマレーザの場合にはパルス照射回数によって制御することができ、溶融温度が高いほど、突起１６４の幅Ｗは大きくなる。冷却速度は、素材基板１０または素材基板１０のホルダーを真空中またはガス雰囲気中に配置する方法、ガスフローによる方法、水または液体窒素中で冷却する方法、あるいは加熱しながらゆっくり冷却する方法などによって制御することができ、冷却速度が速いほど突起１６４の幅Ｗは大きくなる。突起１６４の幅Ｗは、原理的には素材基板１０の構成物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、溶融温度および冷却速度を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【０１８７】
突起１６４の幅Ｗの具体的な値は、後述する基板の用途によって定められるが、例えばカーボンナノチューブ構造体を形成する場合には、突起１６４の幅Ｗは、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましく、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましく、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。理由は第１の実施の形態において説明したのと同様である。
【０１８８】
また、突起１６４の間隔Ｌ、すなわち熱分布１１の変調方向における突起１６４の間隔（ピッチ）は、熱分布１１の空間的周期Ｔに応じて、すなわち回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、周期間隔Ｐを微細にするほど突起１６４の間隔Ｌを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔Ｌで突起１６４を形成することが可能である。突起１６４の間隔Ｌは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましく、更に、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。理由は第１の実施の形態において説明したのと同様である。
【０１８９】
（転写工程）
次に、図４６を参照して転写工程を説明する。まず、図４６（Ａ）に示したように、例えば、導電性膜１７２の配線パターンが予め形成された被転写基板１７１を用意する。
【０１９０】
続いて、図４６（Ｂ）に示したように、原盤１６５の突起１６４と被転写基板１７１の導電性膜１７２とを対向させて密接させる。このとき、転写特性向上のため、必要に応じて加圧することが好ましい。更に、加熱処理を行うようにすれば、転写特性をいっそう良好にすることができるので、より好ましい。
【０１９１】
そののち、原盤１６５を被転写基板１７１から引き離すと、図４６（Ｃ）に示したように、突起１６４の先端部が、被転写基板１７１に転写される。こうして、被転写基板２７１の上に、触媒金属（鉄）よりなる転写パターン１７３が形成された基板１７４が形成される。よって、一枚の原盤１６５から多数の被転写基板１７１に突起１６４のパターンを転写して基板１７４を大量に製造することができる。なお、転写を繰り返すことにより突起１６４が磨耗した場合には、再び溶融工程および突起形成工程を繰り返して突起１６４の形状を回復させることなどが可能である。
【０１９２】
ここで、「突起１６４の先端部」とは、突起１６４を素材基板１０の表面に平行な水平面Ｈ（図４７および図４８参照）で切断した場合に、突起１６４の先端を含む部分をいう。したがって、例えば、図４６（Ｃ）に示したように突起１６４の先端のみを被転写基板１７１に転写してもよいし、図４７に示したように突起１６４全体を被転写基板１７１に転写するようにしてもよい。あるいは図４８に示したように突起１６４の先端および中腹にかけての部分を被転写基板１７１に転写するようにしてもよい。
【０１９３】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【０１９４】
（陰極形成工程）
被転写基板１７１に転写パターン１７３を形成して基板１７４を作製したのち、例えば、図４９に示したように、この転写パターン１７３を触媒として基板１７４上にカーボンナノチューブ１７５を成長させ、複数のカーボンナノチューブ１７５が直線状に配列された陰極１７６を形成することができる。このように導電性膜１７２上に形成された陰極１７６は、電界電子放出素子として利用することができる。
【０１９５】
このように本変形例では、触媒金属からなる素材基板１０の表面に対して熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させたのち、素材基板１０の表面を放熱させるようにしたので、所望の位置に触媒金属からなる微細な突起１６４のパターンを有する原盤１６５を作製することができる。突起１６４の幅Ｗは、溶融温度および冷却速度を制御することによって従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満とすることが可能である。また、熱分布１１の空間的周期Ｔを制御することにより突起１６４を従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった微細な間隔Ｌで形成することが可能になる。
【０１９６】
また、突起１６４のパターンを有する原盤１６５をドライプロセスにより形成することができるので、従来のフォトリソグラフィを利用したプロセスに比べて生産が容易であり、再現性が良く、低コスト化が可能である等の利点を得ることができる。
【０１９７】
また、エネルギービーム１２を回折させることにより熱分布１１を与えるようにしたので、回折格子１３の周期間隔Ｐを微細化することにより熱分布１１の空間的周期Ｔを容易に制御し、突起１６４の間隔Ｌを微細化することができる。
【０１９８】
更に、本変形例では、突起１６４の高さ方向における一部を被転写基板７１に転写することにより、一枚の原盤１６５から多数の被転写基板１７１に突起１６４を転写して基板１７４を大量に作製することが可能になる。
【０１９９】
〔変形例１２〕
次に、図５０ないし図５５を参照して変形例１２を説明する。本変形例は、溶融工程において、第３の実施の形態のようにエネルギービームのエネルギー量を二次元方向すなわちＸ方向およびＹ方向に変調させるようにしたことを除いては、変形例１１と同様である。したがって、以下の説明を簡略化する。
【０２００】
（溶融工程）
まず、第３の実施の形態のようにエネルギービームのエネルギー量を二次元方向すなわちＸ方向およびＹ方向に変調させることを除き、変形例１１と同様にして溶融工程を行う。ここで、素材基板１０は、本変形例では金属触媒としての鉄（Ｆｅ）により構成されている。
【０２０１】
素材基板１０の材料は、カーボンナノチューブを形成するための金属触媒としての機能を有するものであればよく、その具体例は、第１の実施の形態において第２の物質として例示したものと同様である。
【０２０２】
（突起形成工程，原盤作製工程）
次に、変形例１１と同様にして突起形成工程および原盤作製工程を行う。これにより、図５０に示したように、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された突起１８１のパターンを有する原盤１８２を形成する。
【０２０３】
（転写工程）
続いて、変形例１１と同様にして転写工程を行い、図５１に示したように、被転写基板１７１の上に触媒金属（鉄）よりなる転写パターン１８３が二次元方向に配列された基板１８４を形成する。以上により、触媒配置工程が終了する。
【０２０４】
（成長工程）
次に、変形例１１と同様にして成長工程を行い、図５２に示したように、転写パターン１８３を触媒として、基板１８４上にカーボンナノチューブ１８５を成長させ、複数のカーボンナノチューブ１８５が二次元方向に配列された陰極１８６を形成する。
【０２０５】
図５３は、このようにして基板１８４上に形成された陰極１８６を表す顕微鏡写真（３７．５倍）であり、二次元方向に配列された点状の白い部分は、原盤１８２の突起１８１から転写された転写パターン１８３を触媒として、基板１８４上に成長したカーボンナノチューブ１８５に対応している。
【０２０６】
図５４は、図５３の白い部分の中央付近を拡大して表すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope；走査型電子顕微鏡）写真（５万倍）である。図５４から分かるように、白い部分にはカーボンナノチューブが成長していることが確認できる。また、図５５は、図５３において白く見える部分と周囲の黒く見える部分との境界付近を拡大して表すＳＥＭ写真（５万倍）である。図５５から分かるように、白い部分にはカーボンナノチューブが成長していることが確認できるが、黒い部分にはカーボンナノチューブの存在は認められない。
【０２０７】
このように本変形例では、エネルギービーム１２のエネルギー量を二次元方向に変調させることにより熱分布３３を形成するようにしたので、二次元方向に配列された突起１８１のパターンを有する原盤１８２を作製することができる。
【０２０８】
更に、本変形例においても、突起１８１の先端部を被転写基板１７１に転写するようにすれば、一枚の原盤１８２から多数の被転写基板１７１に突起１８１を転写して基板１８４を大量に作製することが可能になる。
【０２０９】
〔変形例１３〕
次に、図５６および図５７を参照して変形例１３を説明する。本変形例は、第１の実施の形態の触媒配置工程の変形例であり、任意の材質により構成された素材基板に対して変形例１１と同様の方法で形成した突起に、触媒金属等からなる金属基板を押し当てて、突起の先端に触媒金属を付着させるようにしたものである。
【０２１０】
（溶融工程および突起形成工程）
まず、例えばシリコンよりなる素材基板１９０を用意し、上記変形例１１と同様にして溶融工程および突起形成工程を行い、図５６（Ａ）に示したように、素材基板１９０の表面に突起１９１のパターンを形成する。
【０２１１】
（付着工程）
続いて、図５６（Ｂ）に示したように、素材基板１９０の突起１９１と、金属触媒としての鉄により形成された金属基板２００とを対向させて密接させる。これにより、図５６（Ｃ）に示したように、金属基板２００を構成する鉄が、突起１９１の先端部に付着し、金属基板２００と同一の材料よりなる付着パターン１９２を有する基板１９３が形成される。このとき、付着特性向上のため、加圧あるいは加熱処理を行うことが好ましいことは、前述の変形例１１と同様である。
【０２１２】
金属基板２００の材料は、カーボンナノチューブを形成するための金属触媒としての機能を有するものであればよく、その具体例は、上記第１の実施の形態において第２の物質として例示したものと同様である。
【０２１３】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【０２１４】
（陰極形成工程）
付着パターン１９２を有する基板１９３を形成したのち、例えば、図５７に示したように、この付着パターン１９２を触媒として、基板１９３上にカーボンナノチューブ１９４を成長させ、カーボンナノチューブ１９４が直線状に配列された陰極１９５を形成することができる。
【０２１５】
このように本変形例では、突起１９１と金属基板２００とを対向させて密接させ、突起１９１の先端部に金属基板２００と同一の材料よりなる付着パターン１９２を形成するようにしたので、金属触媒からなる付着パターン１９２を容易に形成することができる。また、素材基板１９０の材料は任意であり、用途に応じて選択の範囲を広げることができる。
【０２１６】
更に、本変形例でも、付着パターン１９２が形成された基板１９３を原盤として、突起１９１の先端部に付着した付着パターン１９２を被転写基板１７１に転写することにより、一枚の原盤から多数の被転写基板１７１に付着パターン１９２を転写して基板を大量に製造することができる。
【０２１７】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および変形例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、パルスの照射回数によりエネルギービーム１２のエネルギー量を調整するようにしたが、パルスの照射回数、照射強度およびパルス幅のそれぞれを調整することが可能である。
【０２１８】
また、上記実施の形態および変形例では、熱分布１１，４１を回折格子１３，３２，４３を用いて形成するようにしたが、ビームスプリッタおよびミラーを用いて形成してもよい。
【０２１９】
更に、上記実施の形態および変形例では、ＸｅＣｌエキシマレーザを用いてエネルギービーム１２を照射するようにしたが、ＸｅＣｌエキシマレーザ以外のレーザを用いるようにしてもよく、更に、加熱手段として、変調により熱分布を形成できるものであれば、一般的な汎用の電気加熱炉（拡散炉）もしくはランプなどの他の方法により加熱するようにしてもよい。
【０２２０】
加えて、上記各実施の形態および上記変形例では、析出工程または突起形成工程での放熱を溶融工程を終了したのちの常温による自然冷却としたが、常温未満の温度により強制的に冷却して析出工程または突起形成工程を短縮することも可能である。
【０２２１】
更にまた、触媒機能を有する金属をを基板に配置する方法は、上記各実施の形態および上記変形例に限られない。例えば、触媒金属よりなる基板に突起を形成し、この突起の上面を平坦化するようにしてもよい。
【０２２２】
加えてまた、上記各実施の形態および上記変形例では、筒状炭素分子としてカーボンナノチューブを形成する場合について説明したが、本発明は、カーボンナノチューブに限らず、カーボンナノホーンあるいはカーボンナノファイバー等を形成する場合にも適用可能である。
【０２２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の第１および第２の電界電子放出素子の製造方法によれば、変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属を配置する触媒配置工程と、筒状炭素分子を成長させる成長工程とを含むようにしたので、熱分布を制御することにより、従来のフォトリソグラフィでは不可能であった微細な幅および間隔のパターンで触媒金属を配置し、このパターン通りに筒状炭素分子が規則正しく配列された陰極を得ることができる。
【０２２４】
本発明の第１の電界電子放出素子の製造方法によれば、素材基板に形成された突起と、筒状炭素分子の触媒機能を有する第２の物質からなる他の基板とを対向させて密接させ、素材基板の突起の先端部に第２の物質を付着させるようにしているので、触媒機能を有する物質のパターンを容易に形成することができる。また、素材基板の材料は任意であり、用途に応じて選択の範囲を広げることができる。更に、本発明による第２の電界電子放出素子の製造方法によれば、触媒機能を有する金属よりなり突起電極に対応したパターンを容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法およびＦＥＤの製造方法における溶融工程を模式的に表す斜視図である。
【図２】図１に続く工程（析出工程）を模式的に表す斜視図である。
【図３】図２に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図４】図３に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す平面図である。
【図５】図４に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す平面図である。
【図６】図５に示した陰極を有する電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表す斜視図である。
【図７】本発明の変形例１に係る分離溝形成工程を模式的に表す平面図である。
【図８】本発明の変形例２に係る電界電子放出素子の製造方法における分離溝形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図９】図８に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図１０】図９に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図１１】本発明の変形例３に係る分離溝形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法およびＦＥＤの製造方法における析出工程を模式的に表す斜視図である。
【図１３】図１２に示した析出領域の変形例を表す断面図である。
【図１４】図１２に示した析出領域の他の変形例を表す断面図である。
【図１５】図１２に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図１６】図１５に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図１７】図１６に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図１８】図１７に示した陰極を有する電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表す斜視図である。
【図１９】本発明の変形例４に係る陰極形成工程を模式的に表す断面図である。
【図２０】本発明の変形例５に係る陰極形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図２１】図２０に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図２２】本発明の変形例６に係る陰極形成工程を模式的に表す断面図である。
【図２３】本発明の変形例７に係る触媒配置工程における還元析出工程を模式的に表す断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法およびＦＥＤの製造方法における溶融工程を模式的に表す斜視図である。
【図２５】図２４に示した素材基板の表面に形成されている熱分布の一例を模式的に表す平面図である。
【図２６】図２５に示した熱分布の他の例を表す平面図である。
【図２７】図２４に続く工程（析出工程）を模式的に表す斜視図である。
【図２８】図２７に示した基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。
【図２９】図２７に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図３０】図２６に示した熱分布を形成したのちに析出工程を行った場合における基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。
【図３１】図２９に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図３２】図３１に示した陰極を有する電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表す斜視図である。
【図３３】本発明の変形例８に係る分離溝形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図３４】本発明の変形例９に係る析出工程を模式的に表す斜視図である。
【図３５】図３４に示した基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。
【図３６】図３４に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図３７】本発明の第４の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法およびＦＥＤの製造方法における析出工程および分離溝形成工程を模式的に表す断面図である。
【図３８】図３７に続く工程（引き出し電極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図３９】図３８に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図４０】図３９に示した陰極を有する電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表す断面図である。
【図４１】本発明の変形例１０に係る触媒配置工程における突起形成工程、分離溝形成工程および抑制層形成工程を模式的に表す断面図である。
【図４２】図４１に続く工程（引き出し電極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図４３】図４２に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図４４】本発明の第５の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法における高さ均一化工程を模式的に表す断面図である。
【図４５】本発明の変形例１１に係る触媒配置工程における突起形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図４６】図４５に続く工程（転写工程）を模式的に表す断面図である。
【図４７】図４６に示した転写パターンの変形例を表す断面図である。
【図４８】図４６に示した転写パターンの他の変形例を表す断面図である。
【図４９】図４６に続く工程（成長工程）を模式的に表す断面図である。
【図５０】本発明の変形例１２に係る触媒配置工程における突起形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図５１】図５０に続く工程（転写工程）を模式的に表す斜視図である。
【図５２】図５１に続く工程（成長工程）を模式的に表す斜視図である。
【図５３】図５２に示した陰極の顕微鏡写真である。
【図５４】図５３に示した白い部分の中央付近を拡大して表すＳＥＭ写真である。
【図５５】図５３に示した白い部分と黒い部分との境界付近を拡大して表すＳＥＭ写真である。
【図５６】本発明の変形例１３に係る触媒配置工程を模式的に表す断面図である。
【図５７】図５６に続く工程（成長工程）を模式的に表す断面図である。
【図５８】従来のＦＥＤの構造を模式的に表す断面図である。
【符号の説明】
１０，１９０…素材基板、１１，４１，８３…熱分布、１１Ｈ，４１Ｈ，８３Ｈ…高温領域、１１Ｌ，８３Ｌ…低温領域、１２…エネルギービーム、１３，４３，８２…回折格子、１３Ａ…溝、１４，５２，７３，８４，１０２…析出領域、１５，５３，７２，８５，１０３，１３７，１７４，１８４，１９３…基板、１６，５４，８６，１０４，１４５，１７５，１８５，１９４…カーボンナノチューブ、１６Ａ…開放端、１７，５５，８７，１０５，１４６，１７６，１８６，１９５…陰極、１８，５８，８８，１３５…分離溝、２０，６０，９０，１２０…カソードパネル、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ，６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ，９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂ，１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂ…カソード電極、２２，６２，９２…データドライバ、３０…アノードパネル、３１…透明基板、３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ…アノード電極、３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ…蛍光体膜、３４…スキャンドライバ、５１，５６Ａ，１０１，１３４，１６４，１８１，１９１…突起、５６…電極、５６Ｂ…突起電極、５７…第２の物質、７１…触媒溶液、８１Ｘ…Ｘ方向熱分布、８１ＸＨ…Ｘ方向高温領域、８１ＸＬ…Ｘ方向低温領域、８１Ｙ…Ｙ方向熱分布、８１ＹＨ…Ｙ方向高温領域、８１ＹＬ…Ｙ方向低温領域、８２Ａ…非透過部分、８２Ｂ…透過部分、１１１，１４１…絶縁膜、１１２，１４２，１７２…導電性膜、１１３，１４３…開口部、１１４，１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂ，１４４…引き出し電極、１３４Ａ…最先端部分、１３６…抑制層、１５１…固定層、１６５，１８２…原盤、１７１…被転写基板、１７３，１８３…転写パターン、１９２…付着パターン、２００…金属基板、Ｈ…水平面、Ｌ…間隔（ピッチ）、Ｐ，ＰＸ，ＰＹ…周期間隔、Ｔ…空間的周期、Ｗ…幅
【発明の属する技術分野】
本発明はカーボンナノチューブ等の筒状炭素分子を用いた陰極を有する電界電子放出素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のナノテクノロジーの進歩は著しく，なかでもカーボンナノチューブ等の分子構造体は、熱伝導性，電気伝導性，機械的強度などで優れた特性を持つ安定した材料であることから、トランジスタ，メモリ，電界電子放出素子など幅広い用途への応用が期待されている。
【０００３】
例えば、カーボンナノチューブの用途の１つとして、冷陰極電界電子放出（以下、「電界電子放出」という）を実現するのに好適であることが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。電界電子放出とは、真空中に置かれた金属または半導体に所定のしきい値以上の大きさの電界を与えると、金属または半導体の表面近傍のエネルギー障壁を電子が量子トンネル効果により通過し、常温においても真空中に電子が放出されるようになる現象である。
【０００４】
電界電子放出の原理を画像表示に応用したＦＥＤ（Field Emission Display）は、高輝度、低消費電力、薄型などの特徴を有し、従来の陰極線管（Cathode Ray Tube；ＣＲＴ）に代わる表示装置として開発が進められている（例えば、特許文献１ないし特許文献７参照。）。ＦＥＤは、電子を放出する陰極が形成されたカソードパネルと、放出された電子の衝突により励起されて発光する蛍光体層が塗布された陽極が形成されたアノードパネルとを対向配置して一体化し、内部を高真空状態としたものが一般的な構成である。ただし、この構成では、カソードパネルとアノードパネルとの距離を接近して設けることが困難であり、カソードパネルとアノードパネルとの間に高い電圧を印加する必要がある。そのため、カソードパネルとアノードパネルとの間に更に引き出し電極（ゲート電極）を設けることにより、陰極と引き出し電極との距離を接近させ、両電極の間に低い電圧を印加して電界電子放出を生じさせるようにしている。
【０００５】
図５８は、このような従来のＦＥＤの一構成例を表す断面図である。なお、この例においては、陰極の構造の種類として、その形状が円錐形状であるスピント（Spindt：人名）型と呼ばれる構造のものを表している（例えば、非特許文献２および特許文献１参照）。
【０００６】
このＦＥＤは、カソードパネル１１００と、このカソードパネル１１００に対向配置されたアノードパネル１２００とを備えている。カソードパネル１１００は、カソード電極１１１０が形成された基板１１２０と、絶縁膜１１３０を介してカソード電極１１１０に対向配置された引き出し電極１１４０とを有している。カソード電極１１１０および引き出し電極１１４０は、それぞれ複数本ずつ形成されており、各引き出し電極１１４０は、カソード電極１１１０に直交するように対向配置されている。基板１１２０上において、引き出し電極１１４０に対向する側のカソード電極１１１０の表面には、複数の陰極１１５０が配置されている。
【０００７】
各引き出し電極１１４０には、陰極１１５０から放出された電子ｅ- が通過可能な大きさの開口部１１６０が、各陰極１１５０に対応して複数設けられている。また、各引き出し電極１１４０には、各引き出し電極１１４０に循環的に走査電圧を印加する図示しないスキャンドライバが電気的に接続されている。一方、各カソード電極１１１０には、画像信号に応じて各カソード電極１１１０に選択的に電圧を印加する図示しないデータドライバが電気的に接続されている。
【０００８】
各陰極１１５０は、引き出し電極１１４０とカソード電極１１１０とが交叉する位置に対応してマトリクス状に配置されると共に、底面が対応するカソード電極１１１０に電気的に接続されている。陰極１１５０は、所定の電界を選択的に与えることによって、トンネル効果により先端部から電子放出が生じるようになっている。なお、通常、ＦＥＤでは、所定数（例えば、１０００個）の陰極１１５０の集まりが１画素に対応している。
【０００９】
アノードパネル１２００は、ガラス材料等で構成される光学的に透明な透明基板１２１０と、この透明基板１２１０のカソードパネル１１００に対向する面側に配置されたアノード電極１２２０とを備えている。アノード電極１２２０は、カソード電極１１１０に対応して複数本形成されている。また、アノード電極１２２０の透明基板１２１０側の表面には、電子ｅ- の入射に応じて発光する蛍光体が塗布されることにより、蛍光体膜１２３０が形成されている。なお、アノード電極１２２０をＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）などの透明導電性材料により構成し、蛍光体膜１２３０をアノード電極１２２０のカソードパネル１１００側の表面に形成することも可能である。
【００１０】
このような構成のＦＥＤにおいては、引き出し電極１１４０とカソード電極１１１０との間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極１１５０において電界電子放出が起こり、電子ｅ- がアノード電極１２２０に向けて放出される。陰極１１５０から放出された電子ｅ- は、アノード電極１２２０に設けられた図示しない微細な孔を通過して蛍光体膜１２３０に衝突し、蛍光体を発光させる。この蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。
【００１１】
ところで、ＦＥＤにおいては、更に低い電圧で電界電子放出を生じさせるため、陰極の先端を細く鋭く尖らせて局所的に電界強度を強める種々の試みがなされており、カーボンナノチューブはそのような試みにおいて盛んに利用されている（例えば、非特許文献１参照。）。例えば、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法によりシリコン（Ｓｉ）チップの先端に単層カーボンナノチューブを成長させたものを陰極として用いたＦＥＤが提案されている（例えば、非特許文献３参照。）。また、従来の方法によりシリコンエミッタを形成したのち、カーボンナノチューブを形成するための金属触媒からなる膜を形成し、グリッド電極上の触媒の膜をエッチバック法で除去して、エミッタの先端部のみに熱ＣＶＤ法でカーボンナノチューブを成長させた報告がある（非特許文献４参照。）。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２−２０３４７３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１９７９６５号公報
【特許文献３】
特開２００２−１５０９２２号公報
【特許文献４】
特開２００１−２３５０６号公報
【特許文献５】
特開２０００−２８５７９５号公報
【特許文献６】
特開２０００−１２３７１３号公報
【特許文献７】
特開２０００−６７７３６号公報
【非特許文献１】
斎藤弥八，表面化学，１９９８年，第１９巻，第１０号，ｐ．６８０−６８６
【非特許文献２】
Ｃ．Ａ．スピント（C. A. Spindt）、外３名，ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス（Journal of Applied Physics），（米国），１９７６年，第４７巻，ｐ５２４８−５２６３
【非特許文献３】
第４９回応用物理学関係連合講演会，講演予稿集，２９ｐ−Ｋ−７
【非特許文献４】
日刊工業新聞，平成１４年４月１１日付記事，「ＣＮＴのフィールドエミッター４ボルト低電圧で電子放出」
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＥＤの陰極としてカーボンナノチューブを形成するには、遷移金属等からなる触媒の微細なパターンを形成し、それを用いてカーボンナノチューブを微細な間隔で規則正しく整列させる技術が必須とされる。しかしながら、従来では、ある程度の量産性を達成できる技術としてはフォトリソグラフィしかなかった。フォトリソグラフィにより金属触媒の微細なパターンを形成するには、エネルギービームの波長を短くするしか方法がなく、現在の技術ではこれ以上の短波長化は困難である。そのため、フォトリソグラフィにより遷移金属等のパターンを形成する場合には、遷移金属パターンの寸法およびその間隔は、エネルギービームの波長で定まり、現在の技術では０．０５μｍ（５０ｎｍ）以下にすることができず、また、パターンの間隔（ピッチ）は１００ｎｍ以下にすることができない。すなわち、従来の手法では、金属触媒等のより微細なパターンを形成するには限界があるという問題があった。
【００１４】
更に、従来のカーボンナノチューブを用いた陰極では多数のカーボンナノチューブが接近して配置されているので、各カーボンナノチューブの表面における電界強度が著しく低下してしまうという問題があった。そのため、カーボンナノチューブの表面の電界強度を高くするためにはカソード電極と引き出し電極またはアノード電極との間に高い電圧を印加する必要があり、低電圧化が困難であった。
【００１５】
加えて、従来では、陰極を構成する多数のカーボンナノチューブの形状および成長方向が不均一であるので、放出される電子の量が不均一となり、輝度のばらつきが生じるという問題があった。
【００１６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、筒状炭素分子をより微細な間隔で規則正しく配列させた陰極を有する電界電子放出素子を量産可能とする電界電子放出素子の製造方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明による第１の電界電子放出素子の製造方法は、変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属を配置する触媒配置工程と、筒状炭素分子を成長させる成長工程とを含み、触媒配置工程は、第１の物質からなる素材基板の表面に対し、変調された熱分布を与え、素材基板の表面を溶融させる溶融工程と、素材基板の表面を放熱させることにより、熱分布に応じた位置に突起を形成する突起形成工程と、素材基板に形成された突起を筒状炭素分子の触媒機能を有する第２の物質からなる他の基板に接触させ、素材基板の突起の先端に第２の物質を付着させる工程とを含み、成長工程は、素材基板と電極とを対向配置して、素材基板と電極との間に電界を印加する工程を含むものである。
本発明による第２の電界電子放出素子の製造方法は、変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属を配置する触媒配置工程と、筒状炭素分子を成長させる成長工程とを含み、触媒配置工程は、平坦電極の表面に、所望のパターンに応じて変調された熱分布を用いて突起のパターンを形成する突起電極形成工程と、触媒機能を有する金属を含む触媒溶液の中において、突起電極と導電性の基板との間に電界を印加して金属を還元し析出させることにより、基板上に、触媒機能を有する金属よりなり突起電極に対応したパターンを形成する還元析出工程とを含むものである。
【００２５】
本発明による第１および第２の電界電子放出素子の製造方法では、変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属が基板に配置される。そののち、筒状炭素分子が成長する。
【００２６】
本発明による第１の電界電子放出素子の製造方法では、変調された熱分布による溶融および放熱により突起が形成され、この突起の先端に筒状炭素分子の触媒機能を有する第２の物質が付着される。
本発明による第２の電界電子放出素子の製造方法では、平坦電極の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布を用いて突起のパターンが形成され、次いで、触媒機能を有する金属を含む触媒溶液の中において、突起電極と導電性の基板との間に電界が印加される。これにより、触媒金属が還元され析出され、基板上に、触媒機能を有する金属よりなる突起電極に対応したパターンが形成される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
まず、図１ないし図６を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法および表示装置の製造方法について説明する。本実施の形態の方法は、カーボンナノチューブを用いた陰極を有する電界電子放出素子を形成するものであり、変調された熱分布による溶融を利用して、カーボンナノチューブの触媒機能を有する金属を配置する「触媒配置工程」と、カーボンナノチューブを成長させて陰極を形成する「陰極形成工程」とを含むものである。得られた電界電子放出素子は、更に、基板の表面に、触媒配置工程で配置された金属を回避して分離溝を形成する「分離溝形成工程」を経て、例えばＦＥＤのカソードパネルとして利用される。
【００２９】
更に、本実施の形態では、触媒配置工程は、素材基板１０の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させる「溶融工程」と、素材基板１０の表面を放熱させることにより、熱分布１１に応じた位置に、すなわち所望のパターンで第２の物質を析出させる「析出工程」とを含んでいる。
【００３０】
（溶融工程）
まず、図１を参照して溶融工程を説明する。ここで、素材基板１０は第１の物質により構成され、この第１の物質中に析出材料として第２の物質が添加されたものである。なお、第２の物質は、偏析係数が正のもの、すなわち、第１の物質中に添加されることにより第１の物質の融点を低下させるもので、加熱により溶融されたのち冷却過程において凝固する際に溶融領域に残る性質を有するものである。本実施の形態では、第１の物質からなる素材基板１０はシリコン（Ｓｉ）基板であり、第２の物質として金属触媒としての鉄（Ｆｅ）を用いるものとする。
【００３１】
素材基板１０は、厚さが例えば４０ｎｍであり、例えばシリコンにより構成された支持体１０Ａにより保持されている。なお、素材基板１０が十分な厚さを有している場合には、支持体１０Ａは不要である。
【００３２】
第１の物質としては、上述のシリコンに限らず、その他の半導体材料、例えばゲルマニウム（Ｇｅ）などが挙げられるが、その他、金属材料でもよく、例えば、タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）などの高融点金属や、それらの合金を用いてもよい。
【００３３】
第２の物質は、カーボンナノチューブを形成するための金属触媒としては、上述の鉄（Ｆｅ）の他、バナジウム（Ｖ），マンガン（Ｍｎ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），モリブデン（Ｍｏ），タンタル（Ｔａ），タングステン（Ｗ）または白金（Ｐｔ）が挙げられる。また、イットリウム（Ｙ），ルテチウム（Ｌｕ），ホウ素（Ｂ），銅（Ｃｕ），リチウム（Ｌｉ），シリコン（Ｓｉ），クロム（Ｃｒ），亜鉛（Ｚｎ），パラジウム（Ｐｄ），銀（Ａｇ），ルテニウム（Ｒｕ），チタン（Ｔｉ），ランタン（Ｌａ），セリウム（Ｃｅ），プラセオジム（Ｐｒ），ネオジム（Ｎｄ），テルビウム（Ｔｂ），ジスプロシウム（Ｄｙ），ホルミウム（Ｈｏ）またはエルビウム（Ｅｒ）を用いてもよい。なお、以上の物質は２種以上同時に使用してもよく、また、これら物質の２種以上からなる化合物を用いてもよい。また、金属フタロシアン化合物，メタセロン、金属塩を用いることも可能である。更に、酸化物あるいはシリサイドであってもよい。
【００３４】
加えて、用途によっては、第２の物質は、アルミニウム（Ａｌ），シリコン（Ｓｉ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ニオブ（Ｎｂ），マグネシウム（Ｍｇ），ホウ素（Ｂ），亜鉛（Ｚｎ），鉛（Ｐｂ），カルシウム（Ｃａ），ランタン（Ｌａ），ゲルマニウム（Ｇｅ）などの金属および半金属などの元素の、窒化物，酸化物，炭化物，フッ化物，硫化物，窒酸化物，窒炭化物，または酸炭化物などからなる誘電体材料を用いることが可能である。具体的には、ＡｌＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｉＯ2 ，ＭｇＯ，Ｙ2 Ｏ3 ，ＭｇＡｌ2 Ｏ4 ，ＴｉＯ2 ，ＢａＴｉＯ3 ，ＳｒＴｉＯ3 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＳｉＣ，ＺｎＳ，ＰｂＳ，Ｇｅ−Ｎ，Ｇｅ−Ｎ−Ｏ，Ｓｉ−Ｎ−Ｏ，ＣａＦ2 ，ＬａＦ，ＭｇＦ2 ，ＮａＦ，ＴｉＦ4 などである。更にまた、これらの材料を主成分とする材料や、これらの材料の混合物、例えばＡｌＮ−ＳｉＯ2 を用いることも可能である。加えてまた、鉄（Ｆｅ），コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ），ガドリニウム（Ｇｄ）等の磁性体材料を用いることもできる。
【００３５】
熱分布１１は、素材基板１０の表面温度がエネルギービーム１２の照射により空間的に変調されて、高温領域１１Ｈと低温領域１１Ｌとが周期的に形成されたものである。エネルギービーム１２は、波長および位相の揃った平行光であり、本実施の形態では、高出力を得るため、例えばＸｅＣｌエキシマレーザを用いる。
【００３６】
本実施の形態では、熱分布１１は、エネルギービーム１２を回折格子１３で回折させることにより与えられる。回折格子１３は、エネルギービーム１２を回折させてエネルギー量を空間的に変調するものであり、例えば、光学ガラス板に、直線状の平行な溝１３Ａが一定の周期間隔Ｐで一次元方向に形成されたものである。本実施の形態では、例えば、石英材料よりなる板に直線状の平行な溝１３Ａが例えば１μｍの周期間隔Ｐで一次元方向に配列され、エネルギービーム１２のエネルギー量を、溝１３Ａが配列されている方向に沿って一次元方向に変調するようになっている。なお、回折格子１３は必ずしも溝などの凹凸を形成したものに限られず、例えば、エネルギービーム１２の透過部分と非透過部分とが印刷により形成されたものであってもよい。
【００３７】
このような回折格子１３を用いることにより、高温領域１１Ｈは、溝１３Ａの延長方向に沿った直線状に形成されると共に、溝１３Ａの配列されている方向に沿って一次元方向に配列される。熱分布１１の空間的周期Ｔ、すなわち高温領域１１Ｈの間隔（ピッチ）は、回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、周期間隔Ｐを微細にするほど熱分布１１の空間的周期Ｔを微細化することができる。
【００３８】
エネルギービーム１２のエネルギー量は、低温領域１１Ｌにおいて素材基板１０の表面が溶融する温度となるように設定される。これにより、素材基板１０の表面の全体を溶融させることができる。このとき、エネルギービーム１２としてエキシマレーザを用いると、パルス発光の照射回数によりエネルギー量の制御を行うことができる。本実施の形態では、例えば、エネルギービーム１２のエネルギー量を３５０ｍＪ／ｃｍ2 、パルス照射回数を１０回とする。
【００３９】
（析出工程）
次に、図２を参照して析出工程を説明する。すなわち、溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、素材基板１０の表面の温度は徐々に低下して凝固するが、このとき、第２の物質（Ｆｅ）は、高温領域１１Ｈに移動し、更に高温領域１１Ｈの中で最後に凝固する部分に析出する。こうして、高温領域１１Ｈに対応する位置に第２の物質が析出し、ほぼ平面状の析出領域１４が形成される。以上により、析出領域１４のパターンを有する基板１５が得られる。
【００４０】
ここで、「平面状」とは、その基板１５の表面からの高さが、表面のラフネス程度、例えば１ｎｍ未満であり実質的に平坦な場合をいう。
【００４１】
析出領域１４は、高温領域１１Ｈが溝１３Ａに対応して一次元方向に配列された直線状であるので、これに対応して、一次元方向に配列された直線状のパターンとして形成される。析出領域１４の幅（線幅）Ｗ、すなわち熱分布１１の変調方向における析出領域１４の寸法は、素材基板１０における第２の物質（鉄）の含有量により定まり、第２の物質の含有量が多いほど、析出領域１４の幅Ｗは大きくなる。析出領域１４の幅Ｗは、原理的には第２の物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、素材基板１０における第２の物質の含有量を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【００４２】
析出領域１４の幅Ｗの具体的な値は、第２の物質の材料および析出領域１４の用途によって定められるが、例えば後述する図３に示したように析出領域１４に析出した鉄を触媒として複数のカーボンナノチューブ１６が直線状に配列された陰極１７を形成する場合には、析出領域１４の幅Ｗは、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましい。その理由は、カーボンナノチューブ１６の直径が、最小で０．４ｎｍであるからである。
【００４３】
析出領域１４の幅Ｗは、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましい。カーボンナノチューブ１６は、直径が０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲にあるものが多いからである。
【００４４】
更に、析出領域１４の幅Ｗは、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。なぜなら、析出領域１４の幅方向に多数のカーボンナノチューブ１６が接近して屹立する可能性が小さくなるので、陰極１７を例えば電界電子放出素子（エミッタ）として使用する場合に、カーボンナノチューブ１６の各々の表面における電界強度の低下を防止し、電界放出に必要な印加電圧を小さくすることができるからである。また、例えば直線状に配列されたカーボンナノチューブ１６を記録装置（メモリ）として利用する場合には、一本の析出領域１４には幅方向に１本のみのカーボンナノチューブ１６を形成することが必要となる場合があるので、カーボンナノチューブ１６の直径と析出領域１４の幅Ｗとを一致させることが好ましいからである。
【００４５】
また、析出領域１４の間隔Ｌ、すなわち熱分布１１の変調方向における析出領域１４の間隔（ピッチ）は、熱分布１１の空間的周期Ｔに応じて、すなわち回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、周期間隔Ｐを微細にするほど析出領域１４の間隔Ｌを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔Ｌで析出領域１４を形成することが可能である。
【００４６】
析出領域１４の間隔Ｌは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましい。従来のフォトリソグラフィでは解像限界が５０ｎｍであるため、従来のフォトリソグラフィで形成可能な最小のパターンは、例えば山５０ｎｍ、谷５０ｎｍ、および山５０ｎｍで、その間隔は解像限界の２倍すなわち１００ｎｍとなるからである。更に、析出領域１４の間隔Ｌは、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。従来の電子ビームリソグラフィの解像限界が２５ｎｍ程度であるため、従来の電子ビームリソグラフィで形成可能な最小のパターンの間隔は、同様に解像限界の２倍すなわち５０ｎｍとなるからである。
【００４７】
以上により、触媒配置工程が完了し、素材基板１０に析出領域１４を有する基板１５が形成される。
【００４８】
（陰極形成工程）
続いて、図３を参照して陰極形成工程を説明する。基板１５の上に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により複数のカーボンナノチューブ１６を成長させる。成長条件としては、例えば、カーボンナノチューブ１６の原料となる炭素化合物としてメタン（ＣＨ4 ）を用い、析出領域１４に析出した鉄を触媒として、９００℃、１５分とすることができる。カーボンナノチューブ１６は析出領域１４にのみ成長するので、析出領域１４のパターン通りにカーボンナノチューブ１６が直線状に配列された陰極１７が形成される。カーボンナノチューブ１６の直径は、原料となる炭素化合物の種類と、成長条件の設定により定めることが可能である。１つの陰極１７に含まれるカーボンナノチューブ１６の数は、少なければ少ないほど望ましい。電界がより集中しやすくなるからである。
【００４９】
（分離溝形成工程）
続いて、図４および図５を参照して分離溝形成工程を説明する。分離溝形成工程は、基板１５の表面に分離溝を形成することによって、陰極１７を互いに分離するものである。
【００５０】
まず、図４に示したように、基板１５の表面に対して、エネルギービーム１２を回折格子１３で回折させた熱分布１１を、溶融工程とは１８０度異なる位相で与える。すなわち、基板１５と回折格子１３との相対的な位置を、溶融工程における位置よりも、カーボンナノチューブ１６の列の間隔（ピッチ）の半分ずらすことによって、熱分布１１の高温領域１１Ｈが、カーボンナノチューブ１６の列の中間の位置に形成されるようにする。
【００５１】
エネルギービーム１２のエネルギー量は、高温領域１１Ｈにおいて基板１５の表面が切削（アブレーション；ablation）されるように設定される。これにより、図５に示したように、平行線状の分離溝１８が、カーボンナノチューブ１６の形成されている位置を回避して、その中間の位置に形成される。このとき、カーボンナノチューブ１６が形成されている位置は低温領域１１Ｌに対応するので、エネルギービーム１２のエネルギー量は低く、カーボンナノチューブ１６の温度は例えば４００℃以下に抑えられる。よって、カーボンナノチューブ１６が熱分布１１による悪影響を受けることはない。
【００５２】
なお、支持体１０Ａを二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ），酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ），プラスチックあるいはガラスなどの絶縁体材料により構成すると共に分離溝１８を形成する際に素材基板１０を完全に切削するようにすれば、陰極１７を分離溝１８によって電気的に分離することができるので好ましい。更に、分離溝１８を支持体１０Ａにも食い込むように形成すれば、陰極１７をより確実に電気的に分離することができるので好ましい。
【００５３】
以上により、直線状に配列されたカーボンナノチューブ１６を各々一列ずつ有する複数の陰極１７と、これらの陰極１７を互いに分離する分離溝１８とを備えた電界電子放出素子が得られる。
【００５４】
（ＦＥＤ）
図６は、このような電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表すものである。このＦＥＤは、カソードパネル２０とアノードパネル３０とが対向配置されて一体化され、内部が高真空状態とされている。
【００５５】
カソードパネル２０は、上述した陰極１７が形成された基板１５により構成されている。カソードパネル２０は、必要な画面の寸法および基板１５の大きさに応じて、複数の基板１５を複合したものを用いることも可能である。陰極１７は、赤（Ｒ；Red ）用のカソード電極２１Ｒ，緑（Ｇ；Green ）用のカソード電極２１Ｇおよび青（Ｂ；Blue）用のカソード電極２１Ｂを介して、データドライバ２２に接続されている。カソード電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとしては、分離溝１８によって切断された素材基板１０を利用してもよいし、別途配線を設けるようにしてもよい。
【００５６】
アノードパネル３０は、ガラス材料などよりなる透明基板３１に、Ｒ用のアノード電極３２Ｒ，Ｇ用のアノード電極３２ＧおよびＢ用のアノード電極３２Ｂが、１画素単位で交互に配列された構成を有している。アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂは、各カソード電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂに対して直交配置されている。また、アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂには、スキャンドライバ３４が接続されている。アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂの透明基板３１側の表面には、Ｒ用の蛍光体膜３３Ｒ，Ｇ用の蛍光体膜３３ＧおよびＢ用の蛍光体膜３３Ｂがそれぞれ形成されている。
【００５７】
このＦＥＤでは、例えばアノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂとカソード電極２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂとの間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極１７において電界電子放出が起こり、電子ｅ- がアノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに向けて放出される。陰極１７から放出された電子ｅ- は、アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに設けられた図示しない微細な孔を通過して蛍光体膜３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂに衝突し、蛍光体を発光させる。この蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。ここでは、陰極１７のカーボンナノチューブ１６が、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な幅Ｗおよび間隔Ｌで析出した鉄よりなる析出領域１４に形成されているので、より高精細な画像が鮮明に表示される。
【００５８】
このように本実施の形態では、カーボンナノチューブ１６を形成するための触媒機能を有する鉄よりなる析出領域１４のパターンを、変調された熱分布１１による溶融を利用して配置形成し、この析出領域１４のパターンを用いてカーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成するようにしたので、熱分布１１を制御することにより、従来のフォトリソグラフィでは不可能であった微細な幅Ｗおよび間隔Ｌを有する析出領域１４のパターンを形成し、この析出領域１４のパターン通りにカーボンナノチューブ１６が規則正しく配列された陰極１７を得ることができる。よって、この陰極１７を有する電界電子放出素子を用いて、より高精細な画像を鮮明に表示することのできるファインピッチのＦＥＤを実現することができる。
【００５９】
また、析出領域１４のパターンを有する基板１５をドライプロセスにより形成することができるので、従来のフォトリソグラフィを利用したプロセスに比べて生産が容易であり、再現性が良く、低コスト化が可能である等の利点を得ることができる。
【００６０】
更に、本実施の形態では、添加材として鉄を含むシリコンからなる素材基板１０の表面に対して熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させたのち、素材基板１０の表面を放熱させるようにしたので、熱分布１１に応じた位置に選択的に鉄を析出させ、ほぼ平面状の析出領域１４からなるパターンを形成することができる。
【００６１】
加えて、本実施の形態では、エネルギービーム１２を回折させることにより熱分布１１を与えるようにしたので、回折格子１３の周期間隔Ｐを微細化することにより熱分布１１の空間的周期Ｔを容易に制御し、析出領域１４の間隔Ｌを精度よく微細化することができる。
【００６２】
加えて、本実施の形態では、基板１５の表面に、カーボンナノチューブ１６を回避して分離溝１８を形成するようにしたので、分離溝１８によって陰極１７が互いに分離され、ＦＥＤのカソードパネル２０として利用する際に、各陰極１７にデータドライバ２２を接続して選択的に電圧を印加することができる。
【００６３】
更にまた、分離溝１８を、エネルギービーム１２を回折させることにより熱分布１１を与えて形成するようにしたので、微細な間隔で形成されたカーボンナノチューブ１６の列の中間の位置に、精度よく分離溝１８を形成することができる。また、通常のレーザアブレーションよりも短時間に複数の分離溝１８を形成することができ、カーボンナノチューブ１６に熱による悪影響を及ぼすこともない。
【００６４】
〔変形例１〕
次に、図７を参照して、上記第１の実施の形態の変形例１について説明する。本変形例は、分離溝１８を、カーボンナノチューブ１６の複数列毎、例えば２列毎に形成し、複数の陰極１７が、カーボンナノチューブ１６を各々２列ずつ有するようにしたものである。図示しないが、同様にしてカーボンナノチューブ１６の３列毎、４列毎に分離溝１８を形成することも可能であることは言うまでもない。
【００６５】
このような複数列毎の分離溝１８は、基板１５の表面に与える熱分布４１の空間的周期を、例えば溶融工程における熱分布１１の空間的周期Ｔの整数倍（ｎＴ；ｎは正の整数かつｎ≧２）となるようにすることによって形成することができる。このように空間的周期を制御することは、例えば、分離溝形成工程において用いる回折格子４３の周期間隔を、溶融工程における回折格子１３の周期間隔Ｐの整数倍（ｎＰ；ｎは正の整数かつｎ≧２）に設定することによって可能である。また、エネルギービーム１２の波長λあるいは入射角を制御することによっても可能である。
【００６６】
基板１５と回折格子４３との相対的な位置は、第１の実施の形態と同様に、熱分布４１の高温領域４１Ｈが、カーボンナノチューブ１６の列の中間の位置に形成されるように制御する。
【００６７】
本変形例によれば、カーボンナノチューブ１６の複数列毎に分離溝１８を形成することができる。
【００６８】
〔変形例２〕
次に、図８ないし図１０を参照して、本発明の変形例２を説明する。本変形例は、析出領域１４のパターンを形成した後、カーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成する前に分離溝形成工程を行うようにしたものである。
【００６９】
（溶融工程および析出工程）
まず、第１の実施の形態と同様にして溶融工程および析出工程を行い、析出領域１４のパターンを有する基板１５を形成する。
【００７０】
（分離溝形成工程）
続いて、図８および図９を参照して分離溝形成工程を説明する。まず、図８に示したように、基板１５の表面に対して、エネルギービーム１２を回折格子１３で回折させた熱分布１１を、溶融工程とは１８０度異なる位相で与える。すなわち、基板１５と回折格子１３との相対的な位置を、溶融工程における位置よりも、析出領域１４の間隔（ピッチ）Ｌの半分ずらすことによって、熱分布１１の高温領域１１Ｈが、析出領域１４の中間の位置に形成されるようにする。
【００７１】
エネルギービーム１２のエネルギー量は、高温領域１１Ｈにおいて基板１５の表面が切削されるように設定される。これにより、図９に示したように、平行線状の分離溝１８が、析出領域１４のパターンを回避して、その中間の位置に形成される。
【００７２】
（陰極形成工程）
続いて、図１０に示したように、第１の実施の形態と同様にして析出領域１４にカーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成する。
【００７３】
本変形例では、分離溝１８を形成した後にカーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成するので、カーボンナノチューブ１６が熱分布１１による悪影響を受けることを確実に防止することができる。
【００７４】
〔変形例３〕
図１１は、本発明の変形例３における分離溝形成工程を表している。本変形例では、上記変形例２において、変形例１に説明したのと同様にして析出領域１４の複数本毎、例えば２本毎に分離溝１８を形成するようにしたものである。
【００７５】
〔第２の実施の形態〕
次に、図１２ないし図１８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法および表示装置の製造方法を説明する。本実施の形態は、素材基板１０の表面を放熱させることにより素材基板１０の表面に突起を形成し、第２の物質を突起の先端部に析出させ、少なくとも先端部が第２の物質により構成された突起のパターンを有する基板を形成するようにしたものである。また、本実施の形態は、陰極形成工程において、基板と電極とを対向配置して両者の間に電界を印加し、低電圧で垂直にカーボンナノチューブを成長させるようにしたものである。
【００７６】
（溶融工程）
まず、例えば、上記第１の実施の形態における図１と同様にして溶融工程を行うが、そのときに、エネルギービーム１２のエネルギー量を一定値を超えるように制御する。例えば、エネルギービーム１２として、前述の第１の実施の形態と同様にエキシマレーザを用いる場合には、パルス発光の照射回数によりエネルギー量の制御を行うことができるが、本実施の形態では、例えばパルス照射回数を１００回とする。
【００７７】
（析出工程）
溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、溶融工程において照射されたエネルギービーム１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、図１２に示したように、高温領域１１Ｈに対応する素材基板１０の表面が隆起して、突起５１が形成される。
【００７８】
突起５１は、高温領域１１Ｈが溝１３Ａに対応して一次元方向に配列された直線状であるので、これに対応して、一次元方向に配列された直線状のリブ（突条）のパターンとして形成される。この突起５１は、素材基板１０の表面に近い部分から凝固していくので、最後に凝固する先端付近に第２の物質（鉄）が析出して、析出領域５２が形成される。したがって、析出領域５２は、突起５１の先端部に形成される。ここで、先端部とは、突起５１を素材基板１０の表面に平行な水平面Ｈ（図１３および図１４参照）で切断した場合に、突起５１の先端を含む部分をいう。例えば、析出領域５２は、図１２に示したように突起５１の先端にのみ形成されていてもよいし、図１３に示したように突起５１全体が析出領域５２となっていてもよい。あるいは図１４に示したように突起５１の先端および中腹にかけての部分に形成されていてもよい。
【００７９】
これにより、少なくとも先端部に鉄よりなる析出領域５２が形成された突起５１のパターンを有する基板５３が得られる。
【００８０】
ここで、「突起」とは、基板５３の表面から隆起し、その高さが第１の実施の形態における平面状の析出領域１４の場合より高い１ｎｍ以上の場合をいう。
【００８１】
析出領域５２の幅（線幅）Ｗ、すなわち熱分布１１の変調方向における析出領域５２の寸法は、第１の実施の形態と同様に、素材基板１０における第２の物質（鉄）の含有量により定まり、第２の物質（鉄）の含有量が大きいほど、析出領域５２の幅Ｗは大きくなる。析出領域５２の幅Ｗは、原理的には第２の物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、素材基板１０における第２の物質の含有量を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【００８２】
本実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、析出領域５２が突起５１であり、先端になるに従って断面積が小さくなっているので、析出領域５２の幅の微細化が容易である。
【００８３】
析出領域５２の幅Ｗの具体的な値については、第１の実施の形態において析出領域１４の幅Ｗについて説明したのと同様に、第２の物質の材料および析出領域５２の用途によって定められるが、例えば図１６に示したように析出領域５２に析出した鉄を触媒として、複数のカーボンナノチューブ５４が直線状に配列された陰極５５を形成する場合には、幅Ｗは、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましく、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましく、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。理由は第１の実施の形態において説明したのと同様である。
【００８４】
また、突起５１の間隔Ｌ、すなわち熱分布１１の変調方向における析出領域５２の間隔（ピッチ）は、熱分布１１の空間的周期Ｔに応じて、すなわち回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、周期間隔Ｐを微細にするほど突起５１の間隔Ｌを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔Ｌで突起５１および析出領域５２を形成することが可能である。突起５１の間隔Ｌは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましく、更に、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。理由は第１の実施の形態において説明したのと同様である。
【００８５】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【００８６】
（陰極形成工程）
続いて、図１５および図１６を参照して陰極形成工程を説明する。第１の実施の形態と同様にして、例えばＣＶＤ法あるいはプラズマ増速ＣＶＤ（Plasma Enhanced ＣＶＤ；ＰＥＣＶＤ）法などにより、基板５３の上にカーボンナノチューブ５４を成長させて陰極５５（図１６参照）を形成する。このとき、図１５（Ａ）に示したように、基板５３と例えばカーボン（Ｃ）よりなる電極５６とを対向配置して両者の間に電圧を印加する。基板５３には突起５１が形成されているので、突起５１の位置で電界が強まり、図１５（Ｂ）に示したように、カーボンナノチューブ５４を垂直に成長させることができる。よって、低電圧でカーボンナノチューブ５４の成長方向を一定方向に制御することができる。こうして得られた陰極５５は、カーボンナノチューブ５４の配向性が高いので、ＦＥＤの陰極として利用すれば電子放出特性を向上させることができる。
【００８７】
なお、このように電界を印加しながらカーボンナノチューブ５４を成長させる場合には、素材基板１０を構成する第１の物質として、例えばリン（Ｐ）を添加したシリコンなどの導電性の良好なものを用いることが好ましい。
【００８８】
（分離溝形成工程）
続いて、第１の実施の形態において説明したのと同様にして分離溝形成工程を行う。これにより、図１７に示したように、カーボンナノチューブ５４の列を回避して、その中間の位置に分離溝５８が形成される。
【００８９】
以上により、直線状に配列されたカーボンナノチューブ５４を各々一列ずつ有する複数の陰極５５と、これらの陰極５５を互いに分離する分離溝５８とを備えた電界電子放出素子が得られる。
【００９０】
（ＦＥＤ）
図１８は、このような電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表すものである。このＦＥＤは、カソードパネル６０とアノードパネル３０とが対向配置されて一体化され、内部が高真空状態とされている。
【００９１】
カソードパネル６０は、上述した陰極５５が形成された基板５３により構成されている。カソードパネル６０は、必要な画面の寸法および基板５３の大きさに応じて、複数の基板５３を複合したものを用いることも可能である。陰極５５は、Ｒ用のカソード電極６１Ｒ，Ｇ用のカソード電極６１ＧおよびＢ用のカソード電極６１Ｂを介して、データドライバ６２に接続されている。カソード電極６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂとしては、分離溝１８によって切断された素材基板１０を利用してもよいし、別途配線を設けるようにしてもよい。
【００９２】
アノードパネル３０は、第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００９３】
このＦＥＤでは、例えばアノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂとカソード電極６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂとの間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極５５において電界電子放出が起こり、蛍光体膜３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂの蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。ここでは、陰極５５のカーボンナノチューブ５４の成長方向が垂直に揃っており、配向性が高いので、放出される電子の量が均一化され、電子放出特性が向上する。また、輝度のばらつきが防止される。
【００９４】
このように本実施の形態では、素材基板１０の所定の位置に、少なくとも先端部が第２の物質（鉄）により構成された突起５１を形成するようにしたので、パターンを平面状にする場合に比べて析出領域５２の幅をより微細にすることができ、第１の実施の形態に比べてより微細なパターンを形成することができる。
【００９５】
また、本実施の形態では、基板５３と電極５６とを対向配置して両者の間に電圧を印加するようにしたので、低電圧でカーボンナノチューブ５４の成長方向を一定方向に制御することができる。よって、陰極５５のカーボンナノチューブ５４の配向性を高め、ＦＥＤの陰極として利用すれば電子放出特性を向上させ、輝度のばらつきを防止することができる。
【００９６】
〔変形例４〕
図１９は、第２の実施の形態の陰極形成工程の変形例を表している。本変形例では、図１９（Ａ）に示したように、基板５３を二枚対向配置し、突起５１のパターンどうしを向かい合わせて、二枚の基板５３の間に電界を印加するようにしたものである。本変形例でも、突起５１の位置で電界が強まり、図１９（Ｂ）に示したように、両方の基板５３の突起５１の先端部からカーボンナノチューブ５４を垂直に成長させることができる。よって、上記第２の実施の形態の効果に加え、二枚の基板５３に同時にカーボンナノチューブ５４を垂直に形成することができるので、生産効率を更に向上させることができる。
【００９７】
〔変形例５〕
続いて、図２０および図２１を参照して、第２の実施の形態の陰極形成工程の他の変形例を説明する。本変形例では、電極として、基板５３の突起５１のパターンに対応する突起のパターンが形成されたものを用い、基板５３の突起５１のパターンと電極の突起のパターンとを向かい合わせて対向配置するようにしたものである。
【００９８】
まず、図２０に示したように、第２の実施の形態と同一の電極５６に、第２の実施の形態の溶融工程および析出工程と同様にして突起５６Ａのパターンを形成し、突起電極５６Ｂとする。突起５６Ａは、先端部に析出領域が形成されていないことを除いては、形状、幅Ｗおよび間隔Ｌなどすべて突起５１と同様に形成される。
【００９９】
続いて、図２１（Ａ）に示したように、基板５３の突起５１のパターンと突起電極５６Ｂの突起５６Ａのパターンとを向かい合わせて対向配置し、基板５３と突起電極５６Ｂとの間に電界を印加する。これにより、突起５１，５６Ａの位置で電界が強まり、図２１（Ｂ）に示したように、基板５３の突起５１の先端部からカーボンナノチューブ５４を垂直に成長させることができる。
【０１００】
〔変形例６〕
図２２は、第２の実施の形態の陰極形成工程の更に他の変形例を表している。本変形例では、図２２（Ａ）に示したように、第１の実施の形態の平面状の析出領域１４のパターンが形成された基板１５と、変形例５の突起５６Ａのパターンが形成された突起電極５６Ｂとを対向配置して電界を印加するようにしたものである。これにより、突起５６Ａの位置で電界が強まり、図２２（Ｂ）に示したように、析出領域１４の位置からカーボンナノチューブ１６を垂直に成長させることができる。成長したカーボンナノチューブ１６には、析出領域１４に析出していた第２の物質５７、すなわち本実施の形態では鉄が内包される。
【０１０１】
〔変形例７〕
図２３は、第１の実施の形態の触媒配置工程の変形例を表している。本変形例では、触媒配置工程は、平坦状の電極の表面に、所望のパターンに応じて変調された熱分布を用いて突起のパターンを形成する「突起電極形成工程」と、触媒機能を有する金属を含む触媒溶液の中において、突起電極と導電性の基板との間に電界を印加して金属を還元し析出させることにより、基板上に、触媒機能を有する金属よりなり突起電極に対応したパターンを形成する「還元析出工程」とを含んでいる。
【０１０２】
（突起電極形成工程）
まず、変形例５の図２０に示したように、平坦面を有する電極５６の表面に、突起５６Ａのパターンを形成して突起電極５６Ｂとする。突起５６Ａのパターンの形成方法は、変形例５で説明したのと同様である。
【０１０３】
（還元析出工程）
そして、図２３（Ａ）に示したように、カーボンナノチューブを形成するための触媒機能を有する金属、例えば鉄を含む触媒溶液７１の中において、突起電極５６Ｂと導電性の基板７２とを対向配置して電界を印加する。触媒機能を有する金属としては、鉄に限らず、第１の実施の形態において第２の物質として挙げたものを用いることができる。これにより、突起５６Ａの位置で電界が強まり、図２３（Ｂ）に示したように、導電性の基板７２に、突起５６Ａのパターンに対応して鉄を還元により析出させて析出領域７３を形成することができる。こうして、析出領域７３のパターンを有する基板７２を得ることができ、触媒配置工程が終了する。
【０１０４】
本変形例では、平坦な電極５６の表面に、熱分布を用いて突起５６Ａのパターンを形成し、このパターンに対応して導電性の基板７２に触媒金属（鉄）の析出領域７３を形成するようにしたので、析出領域７３を、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な幅および間隔で形成された突起５６Ａのパターンに対応して形成することができる。
【０１０５】
〔第３の実施の形態〕
次に、図２４ないし図３２を参照して、第３の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法および表示装置の製造方法について説明する。本実施の形態は、溶融工程において、エネルギービームのエネルギー量を、二次元方向すなわちＸ方向およびＹ方向に変調させ、素材基板１０の表面に対して、Ｘ方向熱分布８１ＸおよびＹ方向熱分布８１Ｙを与えるようにしたものである。
【０１０６】
（溶融工程）
まず、図２４を参照して溶融工程を説明する。Ｘ方向熱分布８１Ｘは、素材基板１０の表面温度がＸ方向に変調されて、Ｘ方向高温領域８１ＸＨとＸ方向低温領域８１ＸＬとが周期的に形成されたものである。また、Ｙ方向温度分布８１Ｙは、素材基板１０の表面温度がＹ方向に変調されて、Ｙ方向高温領域８１ＹＨとＹ方向低温領域８１ＹＬとが周期的に形成されたものである。
【０１０７】
Ｘ方向熱分布８１ＸおよびＹ方向熱分布８１Ｙは、例えば、エネルギービーム１２を、非透過部分８２Ａおよび透過部分８２Ｂが二次元方向に配列された回折格子８２で回折させることにより与えられる。回折格子８２としては、例えば、非透過部分８２Ａにエネルギービーム１２を透過させないマスクが印刷されたものなどを用いることができる。
【０１０８】
図２５は、素材基板１０の表面においてＸ方向温度分布８１ＸとＹ方向温度分布８１Ｙとが重畳されることにより、熱分布８３が形成された状態を表している。図２５に示したように、素材基板１０の表面には、Ｘ方向高温領域８１ＸＨとＹ方向高温領域８１ＹＨとの重複する位置に高温領域８３Ｈを有し、Ｘ方向低温領域８１ＸＬとＹ方向低温領域８１ＹＬとの重複する位置に低温領域８３Ｌを有するような熱分布８３が形成される。これにより、高温領域８３Ｈは、非透過部分８２Ａおよび透過部分８２Ｂの配列されている方向に沿って二次元方向に配列される。
【０１０９】
熱分布８３のＸ方向における空間的周期ＴＸ、すなわち高温領域８３ＨのＸ方向における間隔（ピッチ）は、回折格子８２のＸ方向における周期間隔ＰＸおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。また、熱分布８３のＹ方向における空間的周期ＴＹ、すなわち高温領域８３ＨのＹ方向における間隔（ピッチ）は、回折格子８２のＹ方向における周期間隔ＰＹおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど熱分布８３の空間的周期ＴＸ，ＴＹを微細化することができる。ここで、本実施の形態では、回折格子８２のＸ方向における周期間隔ＰＸとは、一つの非透過部分８２ＡのＸ方向における寸法と一つの透過部分８２ＢのＸ方向における寸法との和をいい、回折格子８２のＹ方向における周期間隔ＰＹとは、一つの非透過部分８２ＡのＹ方向における寸法と一つの透過部分８２ＢのＹ方向における寸法との和をいう。
【０１１０】
回折格子８２のＸ方向における周期間隔ＰＸとＹ方向における周期間隔ＰＹとは、互いに独立に設定することができる。したがって、図２６に示したように、熱分布８３のＸ方向における空間的周期ＴＸとＹ方向における空間的周期ＴＹとを、互いに独立に設定することも可能である。
【０１１１】
なお、回折格子８２としては、マスク印刷により非透過部分８２Ａおよび透過部分８２Ｂが形成されたものではなく、凹部または凸部が形成されたものを用いることも可能である。凹凸が形成された回折格子８２の場合には、回折格子８２のＸ方向における周期間隔ＰＸとは、凹部（または凸部）のＸ方向における間隔（ピッチ）をいい、回折格子８２のＹ方向における周期間隔ＰＹとは、凹部（または凸部）のＹ方向における間隔（ピッチ）をいう。
【０１１２】
エネルギービーム１２のエネルギー量は、低温領域８３Ｌにおいて素材基板１０の表面が溶融する温度となるように設定される。これにより、素材基板１０の表面の全体を溶融させることができる。このとき、エネルギービーム１２としてエキシマレーザを用いると、パルス発光の照射回数によりエネルギー量の制御を行うことができる。
【０１１３】
（析出工程）
次に、図２７および図２８を参照して、析出工程を説明する。溶融工程において素材基板１０の表面の全体を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めて素材基板１０の表面を放熱させ、熱分布８３に応じた位置すなわち高温領域８３Ｈに対応する位置に第２の物質を析出させ、析出領域８４を形成する。これにより、析出領域８４のパターンを有する基板８５が得られる。
【０１１４】
析出領域８４は、高温領域８３Ｈが素材基板１０の表面に二次元方向に配列されているので、これに対応して、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された点状のパターンとして形成される。析出領域８４のＸ方向における寸法（直径）ＤＸおよびＹ方向における寸法（直径）ＤＹは、素材基板１０における第２の物質の含有量により定まり、第２の物質の含有量が大きいほど、析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹは大きくなる。析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹは、原理的には第２の物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、素材基板１０における第２の物質の含有量を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【０１１５】
析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹの具体的な値は、第２の物質の材料および析出領域８４の用途によって定められるが、例えば図２９に示したように析出領域８４に析出した鉄を触媒として、複数のカーボンナノチューブ８６が二次元に配列された陰極８７を形成する場合には、析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹはそれぞれ、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましい。カーボンナノチューブ８６の直径が最小で０．４ｎｍであるからである。
【０１１６】
析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹはそれぞれ、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましい。カーボンナノチューブ８６は、直径が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下の範囲にあるものが多いからである。
【０１１７】
更に、析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹは、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に更に好ましい。析出領域８４のＸ方向またはＹ方向に多数のカーボンナノチューブ８６が接近して屹立する可能性が小さくなるので、陰極８７を例えば電界電子放出素子として使用する場合に、カーボンナノチューブ８６の各々の表面における電界強度の低下を防止し、電界放出に必要な印加電圧を小さくすることができるからである。また、例えば二次元に配列されたカーボンナノチューブ８６を記録装置（メモリ）として利用する場合には、一箇所の析出領域８４には１本のみのカーボンナノチューブ８６を形成することが必要となる場合があるので、カーボンナノチューブ８６の直径と析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹとを一致させることが好ましいからである。
【０１１８】
また、析出領域８４のＸ方向における間隔ＬＸ、およびＹ方向における間隔ＬＹは、熱分布８３の空間的周期ＴＸ，ＴＹに応じて、すなわち回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど析出領域８４の間隔ＬＸ，ＬＹを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔ＬＸ，ＬＹで析出領域８４を形成することも可能である。
【０１１９】
析出領域８４の間隔ＬＸ，ＬＹは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましい。前述のように、従来のフォトリソグラフィでは解像限界が５０ｎｍであるため、従来のフォトリソグラフィで形成可能な最小のパターンは、例えば山５０ｎｍ、谷５０ｎｍ、および山５０ｎｍで、その間隔は解像限界の２倍すなわち１００ｎｍとなるからである。更に、析出領域８４の間隔ＬＸ，ＬＹは、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。従来の電子ビームリソグラフィの解像限界が２５ｎｍ程度であるため、従来の電子ビームリソグラフィで形成可能な最小のパターンの間隔は、同様に解像限界の２倍すなわち５０ｎｍとなるからである。
【０１２０】
なお、図２６に示したように熱分布８３のＸ方向における空間的周期ＴＸとＹ方向における空間的周期ＴＹとを、互いに独立に設定した場合には、これに対応して、図３０に示したように析出領域８４が楕円形に形成される。
【０１２１】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【０１２２】
（陰極形成工程）
次に、図２９に示したように、第１の実施の形態と同様にして、例えばＣＶＤ法により基板８５の上にカーボンナノチューブ８６を成長させて陰極８７を形成する。カーボンナノチューブ８４は析出領域８４にのみ成長するので、カーボンナノチューブ８６が二次元方向に配列された陰極８７が形成される。１つの陰極８７に含まれるカーボンナノチューブ８６の数は、少なければ少ないほど望ましい。電界がより集中しやすくなるからである。
【０１２３】
なお、陰極形成工程において、第２の実施の形態のように基板８５と図示しない電極とを対向配置して両者の間に電圧を印加するようにしてもよい。
【０１２４】
（分離溝形成工程）
続いて、第１の実施の形態において説明したのと同様にして分離溝形成工程を行う。これにより、図３１に示したように、二次元方向に配列されたカーボンナノチューブ８６を回避して、その中間の位置に平行線状の分離溝８８が形成される。
【０１２５】
以上により、間隔をあけて配列されたカーボンナノチューブ８６を各々一列ずつ有する複数の陰極８７と、これらの陰極８７を互いに分離する分離溝８８とを備えた電界電子放出素子が得られる。
【０１２６】
（ＦＥＤ）
図３２は、このような電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表すものである。このＦＥＤは、カソードパネル９０とアノードパネル３０とが対向配置されて一体化され、内部が高真空状態とされている。
【０１２７】
カソードパネル９０は、上述した陰極８７が形成された基板８５により構成されている。カソードパネル９０は、必要な画面の寸法および基板８５の大きさに応じて、複数の基板８５を複合したものを用いることも可能である。陰極８７は、Ｒ用のカソード電極９１Ｒ，Ｇ用のカソード電極９１ＧおよびＢ用のカソード電極９１Ｂを介して、データドライバ９２に接続されている。カソード電極９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂとしては、分離溝８８によって切断された素材基板１０を利用してもよいし、別途配線を設けるようにしてもよい。
【０１２８】
アノードパネル３０は、第１の実施の形態と同様に構成されている。
【０１２９】
このＦＥＤでは、例えばアノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂとカソード電極９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂとの間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極５５において電界電子放出が起こり、蛍光体膜３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂの蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。ここでは、陰極８７のカーボンナノチューブ８６が間隔をあけて二次元に配列されているので、各カーボンナノチューブ８６の表面における電界強度が大きくなり、電子放出特性が向上する。
【０１３０】
このように本実施の形態では、エネルギービーム１２のエネルギー量を二次元方向に変調させることにより熱分布８３を形成するようにしたので、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された析出領域８４のパターンを形成することが可能となる。
【０１３１】
また、回折格子８２を用いてエネルギービーム１２を回折させることにより熱分布８３を形成するようにしたので、回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細化することにより熱分布８３の空間的周期ＴＸ，ＴＹを容易に制御し、析出領域８４の間隔ＬＸ，ＬＹを微細化することができる。
【０１３２】
〔変形例８〕
図３３は、第３の実施の形態における分離溝形成工程の変形例を表している。本変形例では、図３３に示したように、分離溝８８を格子状に形成するようにしている。この場合には、分離溝８８のＸ方向における間隔とＹ方向における間隔とは独立に設定することができる。
【０１３３】
このように分離溝８８を格子状に形成した場合には、ＦＥＤのカソードパネルとして利用するためのカソード電極は、例えば、基板８５の裏側から穴を開けて配線を行うことなどが可能である。
【０１３４】
なお、第３の実施の形態の分離溝形成工程は、図３３の他にも様々な変形が可能である。例えば、分離溝形成工程は、析出領域８４を形成した後、カーボンナノチューブ８６を成長させて陰極８７を形成する前に行っても良い。また、分離溝８８は、カーボンナノチューブ８６の複数列、例えば２列毎に形成することもできる。
【０１３５】
〔変形例９〕
次に、図３４ないし図３６を参照して、第３の実施の形態の析出工程の変形例を説明する。本変形例は、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された突起を形成し、この突起の先端部に第２の物質を析出させるようにしたものである。
【０１３６】
（溶融工程）
まず、例えば、第３の実施の形態における図２４および図２５と同様にして溶融工程を行うが、そのときに、第２の実施の形態と同様に、エネルギービーム１２のエネルギー量を一定値を超えるように制御する。
【０１３７】
（析出工程）
溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、溶融工程において照射されたエネルギービーム１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、図３４および図３５に示したように、高温領域８３Ｈに対応する素材基板１０の表面が隆起して、突起１０１が形成される。
【０１３８】
突起１０１は、高温領域８３Ｈが素材基板１０の表面に二次元方向に配列されているので、これに対応して、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された錘体のパターンとして形成される。突起１０１は、素材基板１０の表面に近い部分から凝固していくので、最後に凝固する先端付近に第２の物質が析出して、析出領域１０２が形成される。したがって、析出領域１０２は、突起１０１の先端部に形成される。ここで、先端部の意味およびその具体例については、第２の実施の形態において図１３および図１４を参照して説明したのと同様である。
【０１３９】
これにより、少なくとも先端部に鉄よりなる析出領域１０２が形成された突起１０１のパターンを有する基板１０３が得られる。
【０１４０】
析出領域１０２のＸ方向における寸法（直径）ＤＸおよびＹ方向における寸法（直径）ＤＹは、素材基板１０における第２の物質（鉄）の含有量により定まり、第２の物質（鉄）の含有量が大きいほど、析出領域１０２の寸法ＤＸ，ＤＹは大きくなる。析出領域１０２の寸法ＤＸ，ＤＹは、原理的には第２の物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、素材基板１０における第２の物質の含有量を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【０１４１】
析出領域１０２の寸法ＤＸ，ＤＹの具体的な値については、第３の実施の形態において析出領域８４の寸法ＤＸ，ＤＹについて説明したのと同様に、第２の物質の材料および析出領域１０２の用途によって定められるが、例えば図３６に示したように析出領域１０２に析出した鉄を触媒として、複数のカーボンナノチューブ１０４が二次元方向に配列された陰極１０５を形成する場合には、析出領域１０２の寸法ＤＸ，ＤＹはそれぞれ、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましく、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましく、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。理由は、第３の実施の形態において説明したのと同様である。
【０１４２】
また、突起１０１のＸ方向における間隔ＬＸ、およびＹ方向における間隔ＬＹは、熱分布８３の空間的周期ＴＸ，ＴＹに応じて、すなわち回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、回折格子８２の周期間隔ＰＸ，ＰＹを微細にするほど突起１０１および析出領域１０２の間隔ＬＸ，ＬＹを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔ＬＸ，ＬＹで突起１０１および析出領域１０２を形成することも可能である。突起１０１および析出領域１０２の間隔ＬＸ，ＬＹは、１００ｎｍ以下であることが好ましく、更に、５０ｎｍ以下であればより好ましい。理由は、第３の実施の形態において説明したのと同様である。
【０１４３】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【０１４４】
（陰極形成工程）
次に、図３６に示したように、第３の実施の形態と同様にして、例えばＣＶＤ法により基板１０３の上にカーボンナノチューブ１０４を成長させて陰極１０５を形成する。カーボンナノチューブ１０４は析出領域１０２にのみ成長するので、カーボンナノチューブ１０４が二次元方向に配列された陰極１０５が形成される。
【０１４５】
このように本変形例では、素材基板１０の所定の位置に、高さ方向の少なくとも一部が第２の物質により構成された突起１０１のパターンを二次元方向に配列するようにしたので、第１，第３の実施の形態の平面状の析出領域１４，８４に比べてより微細な寸法の析出領域１０２を形成することができる。
【０１４６】
〔第４の実施の形態〕
次に、図３７ないし図３９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法および表示装置の製造方法を説明する。本実施の形態は、陰極に対応して引き出し電極を形成する引き出し電極形成工程を更に含むものである。すなわち、本実施の形態は、上記変形例２において分離溝形成工程を行った後に、引き出し電極を形成し、続いてカーボンナノチューブを成長させて陰極を形成するようにしたものである。
【０１４７】
（溶融工程および析出工程）
まず、図３７（Ａ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして溶融工程および析出工程を行い、析出領域１４のパターンを有する基板１５を形成する。なお、析出領域１４は前述のようにほぼ平面状となっているが、図３７ではわかりやすくするため基板１５の表面から突出して表している。
【０１４８】
（分離溝形成工程）
続いて、図３７（Ｂ）に示したように、分離溝１８を、析出領域１４のパターンを回避して、その中間の位置に形成する。分離溝１８の形成方法は、変形例２で図８および図９を参照して説明したのと同様である。
【０１４９】
（引き出し電極形成工程）
分離溝１８を形成したのち、引き出し電極形成工程を行う。まず、図３８（Ａ）に示したように、基板１５の上に、例えばスパッタリングまたは化学蒸着法により、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）などよりなる絶縁膜１１１を形成する。
【０１５０】
続いて、図３８（Ｂ）に示したように、絶縁膜１１１の上に、例えばスパッタリングまたは化学蒸着法により、例えばニオブ（Ｎｂ）またはモリブデン（Ｍｏ）などよりなる導電性膜１１２を形成する。
【０１５１】
導電性膜１１２を形成したのち、図３８（Ｃ）に示したように、例えばフォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、絶縁膜１１１および導電性膜１１２に、析出領域１４各々に対向して開口部１１３を形成する。これにより、基板１５の上に、絶縁膜１１１を介してニオブまたはモリブデンよりなる引き出し電極１１４が形成される。
【０１５２】
（陰極形成工程）
続いて、図３９に示したように、第１の実施の形態と同様にして析出領域１４にカーボンナノチューブ１６を成長させて陰極１７を形成する。これにより陰極１７に対応して引き出し電極１１４を有する電界電子放出素子が得られる。
【０１５３】
（ＦＥＤ）
図４０は、このような電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表すものである。このＦＥＤは、カソードパネル１２０とアノードパネル３０とが対向配置されて一体化され、内部が高真空状態とされている。
【０１５４】
カソードパネル１２０は、上述した陰極１７およびこの陰極１７に対応して引き出し電極１１４が形成された基板１５により構成されている。カソードパネル１２０は、必要な画面の寸法および基板１５の大きさに応じて、複数の基板１５を複合したものを用いることも可能である。陰極１７は、Ｒ用のカソード電極１２１Ｒ，Ｇ用のカソード電極１２１ＧおよびＢ用のカソード電極１２１Ｂを介して、図示しないデータドライバに接続されている。カソード電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとしては、分離溝１８によって切断された素材基板１０を利用してもよいし、別途配線を設けるようにしてもよい。また、引き出し電極１１４は、カソード電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂに対応してＲ用の引き出し電極１１４Ｒ，Ｇ用の引き出し電極１１４ＧおよびＢ用の引き出し電極１１４Ｂが含まれている。Ｒ用の引き出し電極１１４Ｒ，Ｇ用の引き出し電極１１４ＧおよびＢ用の引き出し電極１１４Ｂは、図示しないスキャンドライバに接続されている。
【０１５５】
アノードパネル３０は、アノード電極３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂに所定の直流電圧が固定的に印加されることを除いては、第１の実施の形態と同様に構成されている。なお、図４０では、アノード電極３２Ｒおよび蛍光体膜３３Ｒのみが示されている。
【０１５６】
このＦＥＤでは、例えば引き出し電極１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂとカソード電極１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂとの間に選択的に電圧を印加すると、その交点に位置する陰極１７において電界電子放出が起こり、蛍光体膜３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ（図６参照）の蛍光体の発光により、所望の画像表示がなされる。ここでは、陰極１７に対応して引き出し電極１１４が形成されているので、低い電圧で電界電子放出が発生する。
【０１５７】
このように本実施の形態では、陰極１７に対応して引き出し電極１１４を設けたので、低い電圧で電界電子放出を発生させることができる。
【０１５８】
〔変形例１０〕
続いて、図４１ないし図４３を参照して、第４の実施の形態の変形例を説明する。本変形例は、金属触媒としての鉄（Ｆｅ）により構成された素材基板１０の表面に、第２の実施の形態と同様にして突起のパターンを形成したのち、この突起の最先端部分以外の表面に、カーボンナノチューブの成長を抑制する抑制層を形成するようにしたものである。
【０１５９】
すなわち、本変形例は、触媒配置工程として、素材基板１０の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させる「溶融工程」と、素材基板１０の表面を放熱させることにより、熱分布１１に応じた位置に、すなわち所望のパターンで突起を形成する「突起形成工程」と、突起の最先端部分以外の表面に、カーボンナノチューブの成長を抑制する抑制層を形成する「抑制層形成工程」とを含むものである。そののち、分離溝を形成する「分離溝形成工程」を行ったのち、抑制層で覆われていない突起の最先端部分にカーボンナノチューブを成長させて陰極を形成する「陰極形成工程」を行う。
【０１６０】
（溶融工程）
まず、第２の実施の形態と同様にして溶融工程を行う。このとき、素材基板１０は、本実施の形態では金属触媒としての鉄（Ｆｅ）により構成されている。
【０１６１】
素材基板１０の材料は、例えばカーボンナノチューブを形成するための金属触媒としての機能を有するものであればよく、その具体例は、上記第１の実施の形態において第２の物質として例示したものと同様である。
【０１６２】
（突起形成工程）
次に、図４１（Ａ）を参照して突起形成工程を説明する。すなわち、溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、素材基板１０の表面の温度は徐々に低下して凝固するが、このとき、溶融工程において照射されたエネルギービーム１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、高温領域１１Ｈに対応する位置に、素材基板１０の表面から隆起した突起１３４が形成される。突起１３４は、先端部に析出領域が形成されていないことを除いては、形状、幅Ｗおよび間隔Ｌなどすべて第２の実施の形態の突起５１と同様に形成される。
【０１６３】
（分離溝形成工程）
そののち、図４１（Ｂ）に示したように、分離溝１３５を形成する。分離溝１３５の形成は、例えば変形例２と同様に行うことができる。
【０１６４】
（抑制層形成工程）
次に、図４１（Ｃ）に示したように、突起１３４の最先端部分１３４Ａ以外の表面に、抑制層１３６を形成する。この抑制層１３６は、後述する陰極形成工程において突起１３４の側面からカーボンナノチューブが成長することを抑制し、カーボンナノチューブの成長する領域を限定するものであり、例えば二酸化ケイ素を、ＳＯＧ（Spin On Glass ）により塗布することにより、またはＣＶＤ法などにより形成される。なお、抑制層１３６の材料は、上述の二酸化ケイ素の他、窒化ケイ素（ＳｉＮ），ポリイミド，ポリメチルメタクリレート（Poly Methyl Methacrylate；ＰＭＭＡ），金属酸化膜などの絶縁体材料、あるいはシリコン，ゲルマニウムなどの半導体材料を用いてもよい。特に、抑制層１３６の材料として絶縁体材料を用いた場合には、突起１３４の最先端部分１３４Ａの周辺が絶縁体材料よりなる抑制層１３６で満たされるので、カーボンナノチューブ１４５の周辺に絶縁物が存在しない場合に比べて、より高い電界をカーボンナノチューブ１４５に集中させることができる。
【０１６５】
以上により、触媒配置工程が完了し、突起１３４の最先端部分１３４Ａ以外の表面に抑制層１３６が形成された基板１３７が形成される。
【０１６６】
（引き出し電極形成工程）
基板１３７を形成したのち、引き出し電極形成工程を行う。まず、図４２（Ａ）に示したように、基板１３７の上に、例えばスパッタリングまたは化学蒸着法により、例えば二酸化ケイ素などよりなる絶縁膜１４１を形成する。
【０１６７】
続いて、図４２（Ｂ）に示したように、絶縁膜１４１の上に、例えばスパッタリングまたは化学蒸着法により、例えばニオブ（Ｎｂ）またはモリブデン（Ｍｏ）などよりなる導電性膜１４２を形成する。
【０１６８】
導電性膜１４２を形成したのち、図４２（Ｃ）に示したように、例えばフォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチングにより、絶縁膜１４１および導電性膜１４２に、突起１３４の最先端部分１３４Ａの各々に対向して開口部１４３を形成する。これにより、基板１３７の上に、絶縁膜１４１を介してニオブまたはモリブデンよりなる引き出し電極１４４が形成される。
【０１６９】
（陰極形成工程）
続いて、図４３に示したように、第１の実施の形態と同様にして突起１３４の最先端部分１３４Ａからカーボンナノチューブ１４５を成長させて陰極１４６を形成する。これにより、陰極１４６に対応して引き出し電極１４４を有する電界電子放出素子が得られる。
【０１７０】
このように本変形例では、上記第４の実施の形態の効果に加えて、突起１３４の最先端部分１３４Ａ以外の表面に抑制層１３６を形成するようにしたので、突起１３４の最先端部分１３４Ａのみにカーボンナノチューブ１４５を成長させることができる。
【０１７１】
特に、抑制層１３６の材料として絶縁体材料を用いた場合には、突起１３４の最先端部分１３４Ａの周辺が絶縁体材料よりなる抑制層１３６で満たされるので、カーボンナノチューブ１４５の周辺に絶縁物が存在しない場合に比べて、より高い電界をカーボンナノチューブ１４５に集中させることができる。
【０１７２】
〔第５の実施の形態〕
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、上記第１の実施の形態によって陰極１７を形成した後、カーボンナノチューブ１６の先端を所定の平面内に形成すると共にその先端を開放端（オープンエンド）とする高さ均一化工程を更に含むようにしたものである。
【０１７３】
なお、ここで、「高さ」とは、カーボンナノチューブ１６の先端の位置、すなわち素材基板１０の表面とカーボンナノチューブ１６の先端との距離をいう。よって、カーボンナノチューブ１６の高さは、カーボンナノチューブ１６の長さすなわち延長方向における実際の寸法とは異なる場合もありうる。
【０１７４】
（高さ均一化工程）
以下、図４４を参照して、高さ均一化工程を説明する。まず、図４４（Ａ）に示したように、カーボンナノチューブ１６の周囲の空間に固定層１５１を充填し、カーボンナノチューブ１６を固定層１５１により固定する。固定層１５１の材料としては、例えば、二酸化ケイ素，窒化ケイ素，ポリイミド，ＰＭＭＡ，金属酸化膜などの絶縁体材料、あるいはシリコン，ゲルマニウムなどの半導体材料などが用いられる。固定層１５１の形成方法としては、例えば、ＰＥＣＶＤ法、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition ）法、ＳＯＧなどが挙げられる。固定層１５１の厚さは、特に限定されない。
【０１７５】
次に、図４４（Ｂ）に示したように、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing ；化学機械研磨）により、固定層１５１と共にカーボンナノチューブ１６を研磨する。これにより、カーボンナノチューブ１６の先端が同一平面ＰＬ内に揃えられると共に、研磨により先端が開放されて開放端１６Ａとなる。よって、陰極１７のカーボンナノチューブ１６の高さを均一化することができる。
【０１７６】
この場合、素材基板１０の表面に対して傾いた角度で成長したカーボンナノチューブ１６があっても、すべてのカーボンナノチューブ１６の先端が同一平面ＰＬ内に揃うので、すべてのカーボンナノチューブ１６からの電界放射を行うことが可能となる。
【０１７７】
このように本実施の形態では、カーボンナノチューブ１６の高さが均一化されるので、例えばＦＥＤとして用いる際に均一な放射特性が得られる。また、先端は開放端１６Ａとなっているので電界放出特性が良好となり、低い電圧で電界放射を行うことができる。
【０１７８】
また、第２の実施の形態と本実施の形態とを組み合わせて、基板と電極との間に電界を印加させることにより垂直方向に揃えて成長させたカーボンナノチューブの高さを均一化するようにすれば、カーボンナノチューブの形状および成長方向を均一化することができ、更に電界放出特性を高めることができる。
【０１７９】
なお、本実施の形態においては、固定層１５１を、図４４（Ｂ）に示した研磨の際の平坦化層として用いた場合について説明したが、研磨せずに図４４（Ａ）に示した状態で、例えばＦＥＤなどに利用することも可能である。この場合には、固定層１５１によってカーボンナノチューブ１６が固定されるのでカーボンナノチューブ１６を堅牢化することができると共に、陰極１７の取扱いを容易にすることができる。
【０１８０】
更に、固定層１５１を絶縁性材料により構成し、固定層の上にニオブまたはモリブデンよりなる引き出し電極を形成するようにしてもよい。
【０１８１】
〔変形例１１〕
次に、図４５ないし図４９を参照して変形例１１を説明する。本変形例は、第１の実施の形態の触媒配置工程の変形例であり、転写物質（ここでは、触媒金属）からなる素材基板１０の表面に、転写物質の突起のパターンを形成し、これを転写用原盤として、この転写用原盤のパターンを被転写基板に転写させて基板を得、この基板にカーボンナノチューブを成長させて陰極を形成するものである。
【０１８２】
具体的には、本変形例は、触媒配置工程として、素材基板１０の表面に所望のパターンに応じて変調された熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させる「溶融工程」と、素材基板１０の表面を放熱させることにより、熱分布１１に応じた位置に、すなわち、所望のパターンで突起を形成する「突起形成工程」と、転写用原盤のパターンを被転写基板に転写させて基板を作製する「転写工程」とを含むものである。
【０１８３】
（溶融工程）
まず、第２の実施の形態と同様にして溶融工程を行う。このとき、素材基板１０は、本実施の形態では金属触媒としての鉄により構成されている。
【０１８４】
素材基板１０の材料は、例えばカーボンナノチューブを形成するための金属触媒としての機能を有するものであればよく、その具体例は、上記第１の実施の形態において第２の物質として例示したものと同様である。
【０１８５】
（突起形成工程，原盤作製工程）
次に、図４５を参照して突起形成工程を説明する。すなわち、溶融工程において素材基板１０の表面を溶融させたのち、エネルギービーム１２の照射を止めると、素材基板１０の表面の温度は徐々に低下して凝固するが、このとき、溶融工程において照射されたエネルギービーム１２のエネルギー量が一定値を超えている場合には、高温領域１１Ｈに対応する位置に、素材基板１０の表面から隆起した突起１６４が形成され、素材基板１０の表面に突起１６４を有する転写用原盤（以下，原盤という）１６５が形成される。
【０１８６】
突起１６４は、高温領域１１Ｈが溝１３Ａに対応して一次元方向に配列された直線状であるので、これに対応して、一次元方向に配列された直線状のリブ（突条）のパターンとして形成される。突起１６４の幅（線幅）Ｗ、すなわち熱分布１１の変調方向における突起１６４の下端部の寸法は、溶融温度および冷却速度により定まる。溶融温度は、エネルギービーム１２のエネルギー量、すなわちエキシマレーザの場合にはパルス照射回数によって制御することができ、溶融温度が高いほど、突起１６４の幅Ｗは大きくなる。冷却速度は、素材基板１０または素材基板１０のホルダーを真空中またはガス雰囲気中に配置する方法、ガスフローによる方法、水または液体窒素中で冷却する方法、あるいは加熱しながらゆっくり冷却する方法などによって制御することができ、冷却速度が速いほど突起１６４の幅Ｗは大きくなる。突起１６４の幅Ｗは、原理的には素材基板１０の構成物質の原子の大きさより大きい任意の値をとり得るものであり、溶融温度および冷却速度を制御することにより従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満を実現することができる。
【０１８７】
突起１６４の幅Ｗの具体的な値は、後述する基板の用途によって定められるが、例えばカーボンナノチューブ構造体を形成する場合には、突起１６４の幅Ｗは、０．４ｎｍ以上５０ｎｍ未満であることが好ましく、０．４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であればより好ましく、０．４ｎｍ以上１０ｎｍ以下であれば更に好ましい。理由は第１の実施の形態において説明したのと同様である。
【０１８８】
また、突起１６４の間隔Ｌ、すなわち熱分布１１の変調方向における突起１６４の間隔（ピッチ）は、熱分布１１の空間的周期Ｔに応じて、すなわち回折格子１３の周期間隔Ｐおよびエネルギービーム１２の波長λに応じて定まる。波長λを小さくするほど、または、周期間隔Ｐを微細にするほど突起１６４の間隔Ｌを微細化することができ、従来のフォトリソグラフィでは不可能な微細な間隔Ｌで突起１６４を形成することが可能である。突起１６４の間隔Ｌは、例えば１００ｎｍ以下であることが好ましく、更に、５０ｎｍ以下とすればより好ましい。理由は第１の実施の形態において説明したのと同様である。
【０１８９】
（転写工程）
次に、図４６を参照して転写工程を説明する。まず、図４６（Ａ）に示したように、例えば、導電性膜１７２の配線パターンが予め形成された被転写基板１７１を用意する。
【０１９０】
続いて、図４６（Ｂ）に示したように、原盤１６５の突起１６４と被転写基板１７１の導電性膜１７２とを対向させて密接させる。このとき、転写特性向上のため、必要に応じて加圧することが好ましい。更に、加熱処理を行うようにすれば、転写特性をいっそう良好にすることができるので、より好ましい。
【０１９１】
そののち、原盤１６５を被転写基板１７１から引き離すと、図４６（Ｃ）に示したように、突起１６４の先端部が、被転写基板１７１に転写される。こうして、被転写基板２７１の上に、触媒金属（鉄）よりなる転写パターン１７３が形成された基板１７４が形成される。よって、一枚の原盤１６５から多数の被転写基板１７１に突起１６４のパターンを転写して基板１７４を大量に製造することができる。なお、転写を繰り返すことにより突起１６４が磨耗した場合には、再び溶融工程および突起形成工程を繰り返して突起１６４の形状を回復させることなどが可能である。
【０１９２】
ここで、「突起１６４の先端部」とは、突起１６４を素材基板１０の表面に平行な水平面Ｈ（図４７および図４８参照）で切断した場合に、突起１６４の先端を含む部分をいう。したがって、例えば、図４６（Ｃ）に示したように突起１６４の先端のみを被転写基板１７１に転写してもよいし、図４７に示したように突起１６４全体を被転写基板１７１に転写するようにしてもよい。あるいは図４８に示したように突起１６４の先端および中腹にかけての部分を被転写基板１７１に転写するようにしてもよい。
【０１９３】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【０１９４】
（陰極形成工程）
被転写基板１７１に転写パターン１７３を形成して基板１７４を作製したのち、例えば、図４９に示したように、この転写パターン１７３を触媒として基板１７４上にカーボンナノチューブ１７５を成長させ、複数のカーボンナノチューブ１７５が直線状に配列された陰極１７６を形成することができる。このように導電性膜１７２上に形成された陰極１７６は、電界電子放出素子として利用することができる。
【０１９５】
このように本変形例では、触媒金属からなる素材基板１０の表面に対して熱分布１１を与え、素材基板１０の表面を溶融させたのち、素材基板１０の表面を放熱させるようにしたので、所望の位置に触媒金属からなる微細な突起１６４のパターンを有する原盤１６５を作製することができる。突起１６４の幅Ｗは、溶融温度および冷却速度を制御することによって従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった５０ｎｍ未満とすることが可能である。また、熱分布１１の空間的周期Ｔを制御することにより突起１６４を従来のフォトリソグラフィ技術では不可能であった微細な間隔Ｌで形成することが可能になる。
【０１９６】
また、突起１６４のパターンを有する原盤１６５をドライプロセスにより形成することができるので、従来のフォトリソグラフィを利用したプロセスに比べて生産が容易であり、再現性が良く、低コスト化が可能である等の利点を得ることができる。
【０１９７】
また、エネルギービーム１２を回折させることにより熱分布１１を与えるようにしたので、回折格子１３の周期間隔Ｐを微細化することにより熱分布１１の空間的周期Ｔを容易に制御し、突起１６４の間隔Ｌを微細化することができる。
【０１９８】
更に、本変形例では、突起１６４の高さ方向における一部を被転写基板７１に転写することにより、一枚の原盤１６５から多数の被転写基板１７１に突起１６４を転写して基板１７４を大量に作製することが可能になる。
【０１９９】
〔変形例１２〕
次に、図５０ないし図５５を参照して変形例１２を説明する。本変形例は、溶融工程において、第３の実施の形態のようにエネルギービームのエネルギー量を二次元方向すなわちＸ方向およびＹ方向に変調させるようにしたことを除いては、変形例１１と同様である。したがって、以下の説明を簡略化する。
【０２００】
（溶融工程）
まず、第３の実施の形態のようにエネルギービームのエネルギー量を二次元方向すなわちＸ方向およびＹ方向に変調させることを除き、変形例１１と同様にして溶融工程を行う。ここで、素材基板１０は、本変形例では金属触媒としての鉄（Ｆｅ）により構成されている。
【０２０１】
素材基板１０の材料は、カーボンナノチューブを形成するための金属触媒としての機能を有するものであればよく、その具体例は、第１の実施の形態において第２の物質として例示したものと同様である。
【０２０２】
（突起形成工程，原盤作製工程）
次に、変形例１１と同様にして突起形成工程および原盤作製工程を行う。これにより、図５０に示したように、素材基板１０の表面に二次元方向に配列された突起１８１のパターンを有する原盤１８２を形成する。
【０２０３】
（転写工程）
続いて、変形例１１と同様にして転写工程を行い、図５１に示したように、被転写基板１７１の上に触媒金属（鉄）よりなる転写パターン１８３が二次元方向に配列された基板１８４を形成する。以上により、触媒配置工程が終了する。
【０２０４】
（成長工程）
次に、変形例１１と同様にして成長工程を行い、図５２に示したように、転写パターン１８３を触媒として、基板１８４上にカーボンナノチューブ１８５を成長させ、複数のカーボンナノチューブ１８５が二次元方向に配列された陰極１８６を形成する。
【０２０５】
図５３は、このようにして基板１８４上に形成された陰極１８６を表す顕微鏡写真（３７．５倍）であり、二次元方向に配列された点状の白い部分は、原盤１８２の突起１８１から転写された転写パターン１８３を触媒として、基板１８４上に成長したカーボンナノチューブ１８５に対応している。
【０２０６】
図５４は、図５３の白い部分の中央付近を拡大して表すＳＥＭ（Scanning Electron Microscope；走査型電子顕微鏡）写真（５万倍）である。図５４から分かるように、白い部分にはカーボンナノチューブが成長していることが確認できる。また、図５５は、図５３において白く見える部分と周囲の黒く見える部分との境界付近を拡大して表すＳＥＭ写真（５万倍）である。図５５から分かるように、白い部分にはカーボンナノチューブが成長していることが確認できるが、黒い部分にはカーボンナノチューブの存在は認められない。
【０２０７】
このように本変形例では、エネルギービーム１２のエネルギー量を二次元方向に変調させることにより熱分布３３を形成するようにしたので、二次元方向に配列された突起１８１のパターンを有する原盤１８２を作製することができる。
【０２０８】
更に、本変形例においても、突起１８１の先端部を被転写基板１７１に転写するようにすれば、一枚の原盤１８２から多数の被転写基板１７１に突起１８１を転写して基板１８４を大量に作製することが可能になる。
【０２０９】
〔変形例１３〕
次に、図５６および図５７を参照して変形例１３を説明する。本変形例は、第１の実施の形態の触媒配置工程の変形例であり、任意の材質により構成された素材基板に対して変形例１１と同様の方法で形成した突起に、触媒金属等からなる金属基板を押し当てて、突起の先端に触媒金属を付着させるようにしたものである。
【０２１０】
（溶融工程および突起形成工程）
まず、例えばシリコンよりなる素材基板１９０を用意し、上記変形例１１と同様にして溶融工程および突起形成工程を行い、図５６（Ａ）に示したように、素材基板１９０の表面に突起１９１のパターンを形成する。
【０２１１】
（付着工程）
続いて、図５６（Ｂ）に示したように、素材基板１９０の突起１９１と、金属触媒としての鉄により形成された金属基板２００とを対向させて密接させる。これにより、図５６（Ｃ）に示したように、金属基板２００を構成する鉄が、突起１９１の先端部に付着し、金属基板２００と同一の材料よりなる付着パターン１９２を有する基板１９３が形成される。このとき、付着特性向上のため、加圧あるいは加熱処理を行うことが好ましいことは、前述の変形例１１と同様である。
【０２１２】
金属基板２００の材料は、カーボンナノチューブを形成するための金属触媒としての機能を有するものであればよく、その具体例は、上記第１の実施の形態において第２の物質として例示したものと同様である。
【０２１３】
以上により、触媒配置工程が完了する。
【０２１４】
（陰極形成工程）
付着パターン１９２を有する基板１９３を形成したのち、例えば、図５７に示したように、この付着パターン１９２を触媒として、基板１９３上にカーボンナノチューブ１９４を成長させ、カーボンナノチューブ１９４が直線状に配列された陰極１９５を形成することができる。
【０２１５】
このように本変形例では、突起１９１と金属基板２００とを対向させて密接させ、突起１９１の先端部に金属基板２００と同一の材料よりなる付着パターン１９２を形成するようにしたので、金属触媒からなる付着パターン１９２を容易に形成することができる。また、素材基板１９０の材料は任意であり、用途に応じて選択の範囲を広げることができる。
【０２１６】
更に、本変形例でも、付着パターン１９２が形成された基板１９３を原盤として、突起１９１の先端部に付着した付着パターン１９２を被転写基板１７１に転写することにより、一枚の原盤から多数の被転写基板１７１に付着パターン１９２を転写して基板を大量に製造することができる。
【０２１７】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および変形例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、パルスの照射回数によりエネルギービーム１２のエネルギー量を調整するようにしたが、パルスの照射回数、照射強度およびパルス幅のそれぞれを調整することが可能である。
【０２１８】
また、上記実施の形態および変形例では、熱分布１１，４１を回折格子１３，３２，４３を用いて形成するようにしたが、ビームスプリッタおよびミラーを用いて形成してもよい。
【０２１９】
更に、上記実施の形態および変形例では、ＸｅＣｌエキシマレーザを用いてエネルギービーム１２を照射するようにしたが、ＸｅＣｌエキシマレーザ以外のレーザを用いるようにしてもよく、更に、加熱手段として、変調により熱分布を形成できるものであれば、一般的な汎用の電気加熱炉（拡散炉）もしくはランプなどの他の方法により加熱するようにしてもよい。
【０２２０】
加えて、上記各実施の形態および上記変形例では、析出工程または突起形成工程での放熱を溶融工程を終了したのちの常温による自然冷却としたが、常温未満の温度により強制的に冷却して析出工程または突起形成工程を短縮することも可能である。
【０２２１】
更にまた、触媒機能を有する金属をを基板に配置する方法は、上記各実施の形態および上記変形例に限られない。例えば、触媒金属よりなる基板に突起を形成し、この突起の上面を平坦化するようにしてもよい。
【０２２２】
加えてまた、上記各実施の形態および上記変形例では、筒状炭素分子としてカーボンナノチューブを形成する場合について説明したが、本発明は、カーボンナノチューブに限らず、カーボンナノホーンあるいはカーボンナノファイバー等を形成する場合にも適用可能である。
【０２２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の第１および第２の電界電子放出素子の製造方法によれば、変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属を配置する触媒配置工程と、筒状炭素分子を成長させる成長工程とを含むようにしたので、熱分布を制御することにより、従来のフォトリソグラフィでは不可能であった微細な幅および間隔のパターンで触媒金属を配置し、このパターン通りに筒状炭素分子が規則正しく配列された陰極を得ることができる。
【０２２４】
本発明の第１の電界電子放出素子の製造方法によれば、素材基板に形成された突起と、筒状炭素分子の触媒機能を有する第２の物質からなる他の基板とを対向させて密接させ、素材基板の突起の先端部に第２の物質を付着させるようにしているので、触媒機能を有する物質のパターンを容易に形成することができる。また、素材基板の材料は任意であり、用途に応じて選択の範囲を広げることができる。更に、本発明による第２の電界電子放出素子の製造方法によれば、触媒機能を有する金属よりなり突起電極に対応したパターンを容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法およびＦＥＤの製造方法における溶融工程を模式的に表す斜視図である。
【図２】図１に続く工程（析出工程）を模式的に表す斜視図である。
【図３】図２に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図４】図３に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す平面図である。
【図５】図４に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す平面図である。
【図６】図５に示した陰極を有する電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表す斜視図である。
【図７】本発明の変形例１に係る分離溝形成工程を模式的に表す平面図である。
【図８】本発明の変形例２に係る電界電子放出素子の製造方法における分離溝形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図９】図８に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図１０】図９に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図１１】本発明の変形例３に係る分離溝形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法およびＦＥＤの製造方法における析出工程を模式的に表す斜視図である。
【図１３】図１２に示した析出領域の変形例を表す断面図である。
【図１４】図１２に示した析出領域の他の変形例を表す断面図である。
【図１５】図１２に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図１６】図１５に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図１７】図１６に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図１８】図１７に示した陰極を有する電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表す斜視図である。
【図１９】本発明の変形例４に係る陰極形成工程を模式的に表す断面図である。
【図２０】本発明の変形例５に係る陰極形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図２１】図２０に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図２２】本発明の変形例６に係る陰極形成工程を模式的に表す断面図である。
【図２３】本発明の変形例７に係る触媒配置工程における還元析出工程を模式的に表す断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法およびＦＥＤの製造方法における溶融工程を模式的に表す斜視図である。
【図２５】図２４に示した素材基板の表面に形成されている熱分布の一例を模式的に表す平面図である。
【図２６】図２５に示した熱分布の他の例を表す平面図である。
【図２７】図２４に続く工程（析出工程）を模式的に表す斜視図である。
【図２８】図２７に示した基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。
【図２９】図２７に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図３０】図２６に示した熱分布を形成したのちに析出工程を行った場合における基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。
【図３１】図２９に続く工程（分離溝形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図３２】図３１に示した陰極を有する電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表す斜視図である。
【図３３】本発明の変形例８に係る分離溝形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図３４】本発明の変形例９に係る析出工程を模式的に表す斜視図である。
【図３５】図３４に示した基板の表面の一部を拡大して表す平面図である。
【図３６】図３４に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す斜視図である。
【図３７】本発明の第４の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法およびＦＥＤの製造方法における析出工程および分離溝形成工程を模式的に表す断面図である。
【図３８】図３７に続く工程（引き出し電極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図３９】図３８に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図４０】図３９に示した陰極を有する電界電子放出素子を用いたＦＥＤの概略構成を表す断面図である。
【図４１】本発明の変形例１０に係る触媒配置工程における突起形成工程、分離溝形成工程および抑制層形成工程を模式的に表す断面図である。
【図４２】図４１に続く工程（引き出し電極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図４３】図４２に続く工程（陰極形成工程）を模式的に表す断面図である。
【図４４】本発明の第５の実施の形態に係る電界電子放出素子の製造方法における高さ均一化工程を模式的に表す断面図である。
【図４５】本発明の変形例１１に係る触媒配置工程における突起形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図４６】図４５に続く工程（転写工程）を模式的に表す断面図である。
【図４７】図４６に示した転写パターンの変形例を表す断面図である。
【図４８】図４６に示した転写パターンの他の変形例を表す断面図である。
【図４９】図４６に続く工程（成長工程）を模式的に表す断面図である。
【図５０】本発明の変形例１２に係る触媒配置工程における突起形成工程を模式的に表す斜視図である。
【図５１】図５０に続く工程（転写工程）を模式的に表す斜視図である。
【図５２】図５１に続く工程（成長工程）を模式的に表す斜視図である。
【図５３】図５２に示した陰極の顕微鏡写真である。
【図５４】図５３に示した白い部分の中央付近を拡大して表すＳＥＭ写真である。
【図５５】図５３に示した白い部分と黒い部分との境界付近を拡大して表すＳＥＭ写真である。
【図５６】本発明の変形例１３に係る触媒配置工程を模式的に表す断面図である。
【図５７】図５６に続く工程（成長工程）を模式的に表す断面図である。
【図５８】従来のＦＥＤの構造を模式的に表す断面図である。
【符号の説明】
１０，１９０…素材基板、１１，４１，８３…熱分布、１１Ｈ，４１Ｈ，８３Ｈ…高温領域、１１Ｌ，８３Ｌ…低温領域、１２…エネルギービーム、１３，４３，８２…回折格子、１３Ａ…溝、１４，５２，７３，８４，１０２…析出領域、１５，５３，７２，８５，１０３，１３７，１７４，１８４，１９３…基板、１６，５４，８６，１０４，１４５，１７５，１８５，１９４…カーボンナノチューブ、１６Ａ…開放端、１７，５５，８７，１０５，１４６，１７６，１８６，１９５…陰極、１８，５８，８８，１３５…分離溝、２０，６０，９０，１２０…カソードパネル、２１Ｒ，２１Ｇ，２１Ｂ，６１Ｒ，６１Ｇ，６１Ｂ，９１Ｒ，９１Ｇ，９１Ｂ，１２１Ｒ，１２１Ｇ，１２１Ｂ…カソード電極、２２，６２，９２…データドライバ、３０…アノードパネル、３１…透明基板、３２Ｒ，３２Ｇ，３２Ｂ…アノード電極、３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ…蛍光体膜、３４…スキャンドライバ、５１，５６Ａ，１０１，１３４，１６４，１８１，１９１…突起、５６…電極、５６Ｂ…突起電極、５７…第２の物質、７１…触媒溶液、８１Ｘ…Ｘ方向熱分布、８１ＸＨ…Ｘ方向高温領域、８１ＸＬ…Ｘ方向低温領域、８１Ｙ…Ｙ方向熱分布、８１ＹＨ…Ｙ方向高温領域、８１ＹＬ…Ｙ方向低温領域、８２Ａ…非透過部分、８２Ｂ…透過部分、１１１，１４１…絶縁膜、１１２，１４２，１７２…導電性膜、１１３，１４３…開口部、１１４，１１４Ｒ，１１４Ｇ，１１４Ｂ，１４４…引き出し電極、１３４Ａ…最先端部分、１３６…抑制層、１５１…固定層、１６５，１８２…原盤、１７１…被転写基板、１７３，１８３…転写パターン、１９２…付着パターン、２００…金属基板、Ｈ…水平面、Ｌ…間隔（ピッチ）、Ｐ，ＰＸ，ＰＹ…周期間隔、Ｔ…空間的周期、Ｗ…幅
Claims (17)
- 変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属を配置する触媒配置工程と、
筒状炭素分子を成長させる成長工程と
を含み、
前記触媒配置工程は、
第１の物質からなる素材基板の表面に対し、変調された熱分布を与え、前記素材基板の表面を溶融させる溶融工程と、
前記素材基板の表面を放熱させることにより、前記熱分布に応じた位置に突起を形成する突起形成工程と、
前記素材基板に形成された突起を、筒状炭素分子の触媒機能を有する第２の物質からなる他の基板に接触させ、前記素材基板の突起の先端に前記第２の物質を付着させる工程とを含み、
前記成長工程は、
前記素材基板と電極とを対向配置して、前記素材基板と前記電極との間に電界を印加する工程を含む
ことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。 - 前記素材基板は、少なくとも先端部が前記金属よりなる突起のパターンを有する
ことを特徴とする請求項１記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記成長工程において、前記素材基板を二枚対向配置し、前記突起のパターンどうしを向かい合わせて、前記二枚の素材基板の間に電界を印加する
ことを特徴とする請求項２記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記電極として、前記基板のパターンに対応する突起のパターンが形成されたものを用い、前記基板のパターンと前記電極の突起のパターンとを向かい合わせて対向配置する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記金属の配置される間隔は１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記金属の配置される間隔は５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 変調された熱分布による溶融を利用して、筒状炭素分子の触媒機能を有する金属を配置する触媒配置工程と、
筒状炭素分子を成長させる成長工程と
を含み、
前記触媒配置工程は、
平坦電極の表面に、所望のパターンに応じて変調された熱分布を用いて突起のパターンを形成する突起電極形成工程と、
触媒機能を有する金属を含む触媒溶液の中において、前記突起電極と導電性の基板との間に電界を印加して前記金属を還元し析出させることにより、前記基板上に、触媒機能を有する金属よりなり前記突起電極に対応したパターンを形成する還元析出工程と
を含むことを特徴とする電界電子放出素子の製造方法。 - 前記素材基板の表面に、前記金属を回避して分離溝を形成する分離溝形成工程を更に含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記分離溝を、エネルギービームの照射により形成する
ことを特徴とする請求項８記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記分離溝を、前記エネルギービームを一次元方向または二次元方向に回折させることにより形成する
ことを特徴とする請求項９記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記分離溝を、平行線状または格子状に形成する
ことを特徴とする請求項８記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記筒状炭素分子に対応して引き出し電極を形成する引き出し電極形成工程を更に含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記引き出し電極形成工程を、前記触媒配置工程と前記成長工程との間に行う
ことを特徴とする請求項１２記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記引き出し電極形成工程は、
前記基板の上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜の上に導電性膜を形成する導電性膜形成工程と、
前記絶縁膜および前記導電性膜に前記陰極各々に対向して開口部を形成する開口部形成工程と
を含むことを特徴とする請求項１２記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記筒状炭素分子の先端を所定の平面内に形成すると共に前記先端を開放端とする高さ均一化工程を更に含む
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記高さ均一化工程において、少なくとも前記筒状炭素分子の周囲に固定層を形成して前記筒状炭素分子を固定したのち、前記固定層と共に前記筒状炭素分子を研磨する
ことを特徴とする請求項１５記載の電界電子放出素子の製造方法。 - 前記研磨を、化学機械研磨により行う
ことを特徴とする請求項１６記載の電界電子放出素子の製造方法。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003003773A JP4161191B2 (ja) | 2003-01-09 | 2003-01-09 | 電界電子放出素子の製造方法 |
| KR1020057011770A KR20050093796A (ko) | 2003-01-09 | 2004-01-08 | 통 형상 탄소 분자의 제조 방법 및 통 형상 탄소 분자,기록 장치의 제조 방법 및 기록 장치, 전계 전자방출소자의 제조 방법 및 전계 전자 방출소자와,표시장치의 제조 방법 및 표시장치 |
| CN200480001829.8A CN1723171B (zh) | 2003-01-09 | 2004-01-08 | 制造管状碳分子的方法 |
| EP04700779A EP1582501A4 (en) | 2003-01-09 | 2004-01-08 | PROCESS FOR TUBE-LIKE CARBON MOLECULAR AND TUBE SHAPED CARBON MOLECULE, METHOD FOR RECORDING DEVICE AND RECORDING DEVICE, METHOD FOR FIELD ELECTRON EMISSION ELEMENT AND FIELD ELECTRON EMISSION ELEMENT AND METHOD FOR DISPLAY UNIT AND DISPLAY UNIT |
| PCT/JP2004/000080 WO2004063091A1 (ja) | 2003-01-09 | 2004-01-08 | 筒状炭素分子の製造方法および筒状炭素分子、記録装置の製造方法および記録装置、電界電子放出素子の製造方法および電界電子放出素子、ならびに表示装置の製造方法および表示装置 |
| US10/541,936 US7828620B2 (en) | 2003-01-09 | 2004-01-08 | Method of manufacturing tubular carbon molecule and tubular carbon molecule, method of manufacturing field electron emission device and field electron emission device, and method of manufacturing display unit and display unit |
| CN200910150450A CN101618855A (zh) | 2003-01-09 | 2004-01-08 | 制造管状碳分子的方法和制造记录设备的方法 |
| US12/353,610 US7892063B2 (en) | 2003-01-09 | 2009-01-14 | Method of manufacturing tubular carbon molecule and tubular carbon molecule, method of manufacturing recording apparatus and recording apparatus, method of manufacturing field electron emission device and field electron emission device, and method of manufacturing display unit and display unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003003773A JP4161191B2 (ja) | 2003-01-09 | 2003-01-09 | 電界電子放出素子の製造方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004265600A JP2004265600A (ja) | 2004-09-24 |
| JP2004265600A5 JP2004265600A5 (ja) | 2005-12-08 |
| JP4161191B2 true JP4161191B2 (ja) | 2008-10-08 |
Family
ID=33111904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003003773A Expired - Fee Related JP4161191B2 (ja) | 2003-01-09 | 2003-01-09 | 電界電子放出素子の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4161191B2 (ja) |
| CN (2) | CN1723171B (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7687876B2 (en) * | 2005-04-25 | 2010-03-30 | Smoltek Ab | Controlled growth of a nanostructure on a substrate |
| JP5063002B2 (ja) * | 2006-01-06 | 2012-10-31 | 株式会社ライフ技術研究所 | 電子エミッタ |
| US8951632B2 (en) | 2007-01-03 | 2015-02-10 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | CNT-infused carbon fiber materials and process therefor |
| US8951631B2 (en) | 2007-01-03 | 2015-02-10 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | CNT-infused metal fiber materials and process therefor |
| US9005755B2 (en) | 2007-01-03 | 2015-04-14 | Applied Nanostructured Solutions, Llc | CNS-infused carbon nanomaterials and process therefor |
| US20100227134A1 (en) | 2009-03-03 | 2010-09-09 | Lockheed Martin Corporation | Method for the prevention of nanoparticle agglomeration at high temperatures |
| EP2429945A1 (en) * | 2009-04-30 | 2012-03-21 | Applied NanoStructured Solutions, LLC | Method and system for close proximity catalysis for carbon nanotube synthesis |
| JP2011210439A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Toppan Printing Co Ltd | 電子放出素子、その製造方法、電子放出素子を用いた面発光素子 |
| CN101908494B (zh) * | 2010-06-12 | 2012-01-04 | 上海大学 | 用于微电子封装的碳纳米管凸点的低温转印方法 |
| EP2892859A2 (en) | 2012-09-04 | 2015-07-15 | OCV Intellectual Capital, LLC | Dispersion of carbon enhanced reinforcement fibers in aqueous or non-aqueous media |
| KR102187985B1 (ko) | 2012-11-09 | 2020-12-07 | 도판 인사츠 가부시키가이샤 | 바늘 형상 구조체 및 그 제조 방법 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5072091A (en) * | 1989-04-03 | 1991-12-10 | The Local Government Of Osaka Prefecture | Method and apparatus for metal surface process by laser beam |
| US6283812B1 (en) * | 1999-01-25 | 2001-09-04 | Agere Systems Guardian Corp. | Process for fabricating article comprising aligned truncated carbon nanotubes |
| KR100480773B1 (ko) * | 2000-01-07 | 2005-04-06 | 삼성에스디아이 주식회사 | 카본 나노 튜브를 이용한 3극 전계방출소자의 제작방법 |
| JP3859199B2 (ja) * | 2000-07-18 | 2006-12-20 | エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド | カーボンナノチューブの水平成長方法及びこれを利用した電界効果トランジスタ |
| KR100382879B1 (ko) * | 2000-09-22 | 2003-05-09 | 일진나노텍 주식회사 | 탄소 나노튜브 합성 방법 및 이에 이용되는 탄소 나노튜브합성장치. |
| JP2002289086A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Canon Inc | 電子放出素子、電子源、画像形成装置、及び電子放出素子の製造方法 |
-
2003
- 2003-01-09 JP JP2003003773A patent/JP4161191B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2004
- 2004-01-08 CN CN200480001829.8A patent/CN1723171B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2004-01-08 CN CN200910150450A patent/CN101618855A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004265600A (ja) | 2004-09-24 |
| CN1723171A (zh) | 2006-01-18 |
| CN101618855A (zh) | 2010-01-06 |
| CN1723171B (zh) | 2010-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7892063B2 (en) | Method of manufacturing tubular carbon molecule and tubular carbon molecule, method of manufacturing recording apparatus and recording apparatus, method of manufacturing field electron emission device and field electron emission device, and method of manufacturing display unit and display unit | |
| JP5698982B2 (ja) | 照明ランプ及びナノ炭素材料複合基板とその製造方法 | |
| KR100362377B1 (ko) | 탄소 나노 튜브를 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조 방법 | |
| JP4161191B2 (ja) | 電界電子放出素子の製造方法 | |
| US20140191650A1 (en) | Electric field emitting source, element using same, and production method therefor | |
| JP4432478B2 (ja) | 筒状分子の製造方法および筒状分子構造、並びに表示装置および電子素子 | |
| JP2006224296A (ja) | カーボンナノチューブ構造体及びその製造方法、並びにカーボンナノチューブ構造体を利用した電界放出素子及びその製造方法 | |
| JP2010188493A (ja) | ナノ炭素材料複合基板、電子放出素子、ナノ炭素材料複合基板の製造方法 | |
| Li et al. | Quasi-aligned MoO3 nanotubes grown on Ta substrate | |
| JP5228986B2 (ja) | ナノ炭素材料複合基板製造方法 | |
| JP4329014B2 (ja) | 微細構造体の製造方法および微細構造体、表示装置、ならびに記録装置の製造方法および記録装置 | |
| TW200407933A (en) | Patterned granulized catalyst layer suitable for electron-emitting device, and associated fabrication method | |
| US20110181170A1 (en) | Field emission lamp | |
| KR101046977B1 (ko) | 카본나노튜브, 이를 포함한 전자 방출원 및 이를 구비한전자 방출 소자 | |
| JP2004261875A (ja) | 転写用原盤の製造方法および転写用原盤、ならびに基板の製造方法および基板 | |
| KR100668332B1 (ko) | 카바이드 및 나이트라이드 나노 전자 에미터를 구비한 소자의 제조방법 | |
| JP4161192B2 (ja) | 筒状炭素分子の製造方法および記録装置の製造方法 | |
| KR100688860B1 (ko) | 전계방출소자의 제조 방법 | |
| JP3638264B2 (ja) | 冷陰極装置の作製方法及び冷陰極装置並びにそれを用いた表示装置 | |
| JP2011210439A (ja) | 電子放出素子、その製造方法、電子放出素子を用いた面発光素子 | |
| JP2002080211A (ja) | カーボンナノチューブの製造方法 | |
| TW200425209A (en) | Field emsission-type electron sourse and method of producing the same | |
| JP4028180B2 (ja) | 冷陰極装置及び冷陰極の作製方法 | |
| JP2005183103A (ja) | 電子放出素子及び画像表示装置 | |
| JP2004261876A (ja) | 基板の製造方法および基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051025 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051025 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070904 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071102 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080331 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080625 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080708 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110801 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120801 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |