JP4266679B2 - Electron emission source and manufacturing method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子放出源とその製造方法に係り、この電子放出源は、例えば、デスプレイ、高速高周波電子デバイス、撮像デバイス等に応用可能なものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば従来の冷陰極型電子放出素子(Field Emission Cathode)では、いわゆるスピント型と呼ばれる電子放出部(エミッタ)が尖塔形状に形成されていてそこから電子を放出するようになっている。またその尖塔部は、Si,Mo,Nb,Wなどの半導体や金属が用いられ、その周囲にはゲート電極が形成され、尖塔部分(いわゆるカソード)とゲート電極の間に電圧を加えることで、尖塔部分から電子が放出される。従来、これらの材料による放出部分は大気中の水素等のガスが吸着すると、表面の仕事関数が変化するため、得られる電流が変動するという問題があり、其れを防ぐため10-8Torr以上の高真空中に保持する必要がある。また、仕事関数の値が大きいため、電子放出のしきい値電圧が大きいという問題がある。
【0003】
上記の問題を克服できる電子放出用材料として、炭素系材料(ダイヤモンド、アモルファスカーボン、ダイヤモンドライクカーボン、カーボンナノチューブ)が注目されている。理論的にはこれらの材料の真空電位は低いため、低しきい値での電子放出が可能である。また、吸着原子による変動も少なく安定な放出電流が得られる。
【0004】
カーボンナノチューブを電子放出用に用いたものは、特公平7−92463号公報に記載されている。これは電子顕微鏡用で、グリッド電極を近傍に設けてアレー状にすることは出来ない構造である。
一方、特開2000−208027号公報には、カーボンナノチューブ等の繊維状物体と導電性ペーストとの混合物を基板上に塗布する等してカソードを形成するものが記載されているが、この方法ではナノチューブの量や方向性を制御する事が困難である。
また、ダイヤモンドの結晶を形成した後に必要な形状に加工することはほとんど不可能で扱いにくい。
【0005】
人工ダイヤモンド膜を形成する方法として種々の方法があり、例えば簡易な形成方法として熱フィラメントCVD装置を用いて化学的に気相成長させる方法がある。この方法において、特定のガス以外は混入しないように密閉された反応室内において炭素ラジカルを発生させてこれを所定の基板上等に堆積させて形成される。
反応室内には水素ガスや反応ガスが導入され、それを分解して炭素ラジカルなどのラジカルを発生させる為のタングステンなどの熱フィラメントと、シリコンウェハや石英や金属、あるいはダイヤモンドなどの基板が設置される。
この様な従来の装置の一例を図1に示す。反応室10内には基板ホルダー12と基板14、熱電対16、フィラメント18が置かれている。基板ホルダー12にはモリブデン等の高融点金属、セラミックが用いられる。また、基板14には、目的に応じて、種々の材料の基板が用いられる。この装置で成膜するには、熱フィラメント18を基板14に接近させて基板14を高温にし、原料ガスを配管20から反応室10に導入して、原料ガスの熱分解反応を生じさせて目的物質を基板14上に堆積させる。なお電源22はフィラメント加熱用に、熱電対16は基板温度測定用に、それぞれ用いられる。また真空ポンプなどを用いて排気管24から排気される。
【特許文献1】
特公平7−92463号公報
【特許文献2】
特開2000−208027号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、スピント型の電子発生装置は、電子放出部分に大気中の水素等のガスが吸着すると、表面の仕事関数が変化するため、得られる電流が変動するという問題があり、其れを防ぐため10-8Torr以上の高真空中に保持する必要がある。また、仕事関数の値が大きいため、電子放出のしきい値電圧が大きいという問題がある。
【0007】
また、陰極線管に用いられる電子銃においても冷陰極方式と同様に高効率・低消費電力が課題であり、基本的には仕事関数の小さな、電子放出のしきい値電圧の小さなものが望まれている。
一方ダイヤモンドの結晶を形成した後に必要な形状に加工することはほとんど不可能で扱いにくい。
【0008】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、熱フィラメントCVD装置を応用して例えば従来のFED(Field Emission Display)のように高真空を必要とせず、大電流で安定して動作し、低電圧動作が可能で、かつ、アレー状にして個別に作動させることの可能なFEDを実現すること、陰極線管においては効率を向上し低消費電力化が可能で、電子放出の均一性、安定性に優れ、高輝度、低消費電力の電子銃を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、反応ガスを分解してラジカルを発生させる熱フィラメントを有する熱フィラメントCVD装置を用い、熱フィラメントに炭素系フィラメントを使用する熱フィラメントCVD装置により製造される電子放出源及び製造方法であり、熱フィラメントとして賦形性を有し焼成後高い炭素残査収率を示す組成物と、カーボンブラック、黒鉛、コークス粉等の炭素粉末、および必要があれば金属化合物、半金属化合物の一種または二種以上を混合、焼成することで得られた、円断面の円柱状、四角断面の矩形状ならびに板状、コイル状である炭素系フィラメントを熱フィラメント兼堆積基板として用いることで、炭素系フィラメントの表面に、黒鉛質、ダイヤモンド質等の炭素系物質を突起状等の形状に堆積させてなる電子放出源及び製造方法により、上記課題が解決される。
【0010】
すなわち、本発明の電子放出源は、炭素系基材と、該炭素系基材の表面に形成された炭素結晶とを具備することを特徴とする。
前記炭素系基材は、炭素粉末と、該炭素粉末と混合されたガラス状炭素出発材料を炭素化して得られたガラス状炭素とを含む。
本発明の電子放出源の製造方法は、炭素系基材を炭素含有ガス雰囲気内に置き、該炭素系基材に通電して該炭素含有ガスを分解することにより、該炭素系基材表面に炭素結晶を堆積させるステップを具備することを特徴とする。
【0011】
本発明に用いる炭素系基材(炭素系フィラメント)は、ガラス状炭素出発原料としての、賦形性を有し焼成後高い炭素残査収率を示す樹脂組成物と、炭素粉末、および必要に応じて金属化合物、半金属化合物の一種または二種以上を混合し、該混合物をCVD装置の形状、最終目的の電子放出源としての形状等に合わせて、また温度や抵抗値を制御する目的で円断面の円柱状、四角断面の矩形状、板状、コイル状などの所望の形状に賦形し、該賦形物を焼成することにより製造される。
【0012】
炭素粉末としては、カーボンブラック、黒鉛、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、コークス粉等が挙げられるが、使用する炭素粉末種と量は、目的とするフィラメントの抵抗値・形状及び目的とするCVDで堆積させる炭素系物質の種類により適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用することができるが、特に形状制御の簡易さから黒鉛、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーを使用することが好ましく、賦形性及び構造制御を容易とするために、平均粒径100μm以下の高配向性熱分解黒鉛(HOPG)、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、直径200nm以下の気相成長炭素繊維より選ばれることが望ましい。
【0013】
本発明の金属、半金属化合物とは一般に入手可能な金属炭化物、半金属炭化物、金属硼化物・半金属硼化物、金属珪化物・半金属珪化物、金属窒化物・半金属窒化物、金属酸化物・半金属酸化物等が挙げられる。使用する金属・半金属化合物の種類と量は、目的とするフィラメントの抵抗値・形状及び目的とするCVDで堆積させる炭素系物質の種類により適宜選択され、単独でも二種以上の混合体でも使用することができるが、抵抗値制御、耐熱性の観点から、特に炭化硼素、炭化珪素、窒化硼素を使用することが好ましい。
【0014】
前記賦形性を有し焼成後高い炭素残査収率を示す樹脂組成物は、焼成によりアモルファス状炭素、好ましくは、高温下での使用時に黒鉛化が進行しない難黒鉛化性炭素となり得る高分子樹脂であり、炭素化前段階の加熱時に分子間架橋を生じさせ三次元化させることで、高い炭素残査収率を示すものであり、かつ、焼成炭素化時に黒鉛粉末や金属化合物、半金属化合物をパッキング、収縮する能力を有するものであり、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂の一種または二種以上の複合体である。ここで熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂、コプナ樹脂等が用いられ、経時熱構造変化の少ないことなどから、好ましくはフラン樹脂及びフェノール樹脂が用いられる。また、熱可塑性樹脂としては、ポリ塩素化塩化ビニル樹脂、ポリアクリロニトリル、ポリアミド、ポリイミド等が用いられ、成形性の容易さ及びフラン樹脂やフェノール樹脂と複合化した際の取り扱いの容易さから好ましくはポリ塩素化塩化ビニル樹脂が用いられる。
【0015】
熱フィラメント兼堆積基板として必要な特性を具備せしめることを目的として、焼成後にアモルファス炭素となる高分子樹脂と黒鉛粉末、金属化合物、半金属化合物とを適宜選択した後、混合機を用いて充分に分散させる。次にこの混合体を、製膜機や押し出し成型機のような通常のプラスチック成形を行う際に使用されている成形機を用い、黒鉛微粉末、金属化合物、半金属化合物を一方向に配向制御等させつつ、円断面の円柱状、四角断面の矩形状、板状、コイル状など所望の形状に成形する。該成形体は、エアオーブン中で炭素前駆体化処理及び固化処理を施した後、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気中で昇温速度を制御しつつ焼成することで炭化を終了させ、アモルファス炭素と黒鉛粉末、金属化合物、半金属化合物とからなる炭素複合体の熱フィラメント兼堆積基板が得られる。
【0016】
ここで、炭素化は不活性ガス雰囲気もしくは真空下で700〜2800℃程度まで加熱昇温し行われるが、炭素化時の昇温速度が大きいと賦形体の形状が変形したり微細なクラックが生じるなどの欠陥が生じる。したがって、500℃までは毎時50℃以下、それ以降も毎時100℃以下で行うことが適切である。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による、反応ガスを分解してラジカルを発生させる熱フィラメントを有する熱フィラメントCVD装置を用い、熱フィラメントに炭素系フィラメントを使用する熱フィラメントCVD装置により製造される電子放出源及び製造方法について説明する。
【0018】
図2は本発明の熱フィラメントに炭素系フィラメントを使用する熱フィラメントCVD装置である。
密閉された耐熱性ガラス製などのチャンバー30内で、本発明の炭素系フィラメント36を置く。
チャンバー30内にメチルアルコールを満たし、該炭素系フィラメントに通電、温度上昇させ、メチルアルコールなどを蒸発させてメチルアルコールなどの反応ガス雰囲気を作り出すかまたは、チャンバー内を真空に排気した後に、一定の流量で流すなどしてメチルアルコールなどのガス雰囲気を作る。
炭素系フィラメント36によりメチルアルコールなどの反応ガスが分解して炭素ラジカルなどのラジカルが発生し、フィラメント表面に、黒鉛質、ダイヤモンド質などの炭素系物質が生成される。
【0019】
ここで炭素系フィラメントは投入電流、印加電圧でその温度を制御する。
またフィラメントの温度、反応ガスの濃度や流量等を適宜操作することで、フィラメント表面に堆積させる炭素系物質の性質、形状を制御することが可能となる。
【0020】
【実施例】
次に本発明を実施例により、さらに具体的に説明するが、本発明はこの実施例によって何ら限定されるものではない。
(実施例1)
組成物として、塩素化塩化ビニル樹脂(日本カーバイド製T−741)40部、フラン樹脂(日立化成製VF303)20部に、天然黒鉛微粉末(日本黒鉛製平均粒度5μm)40部と、可塑材としてジアリルフタレートモノマー20部を添加して、分散、混合し、押し出し成形で細線状に成形し、その後窒素ガス雰囲気中1000℃、さらにアルゴンガス雰囲気中2300℃で焼成し、円柱状炭素系フィラメントを得た。
【0021】
図2に示す如く、密閉された耐熱性ガラス製のチャンバー30内で、フィラメント36として円柱状炭素系フィラメントを置く。
チャンバー30内にメチルアルコールを満たし、該炭素系フィラメント36に通電、温度上昇させ、メチルアルコールなどを蒸発させてメチルアルコールガス雰囲気とする。フィラメント温度を2050℃に制御してメチルアルコールのガスを分解して炭素ラジカルを発生させ、フィラメント表面にCVD堆積物を得て、結果円柱状の電子放出源を得た。
堆積物をSEM(走査電子顕微鏡)で観察した結果、図3および図4に示す突起形状の物質が観察され、ラマン分光により黒鉛質であると同定された。
【0022】
(実施例2)
組成物として、塩素化塩化ビニル樹脂(日本カーバイト製T−741)50部と、天然黒鉛微粉末(日本黒鉛製平均粒度5μm)50部に対し、可塑材としてジアリルフタレートモノマーを20部を添加して、分散、混合し、押し出し成形にて板状に成形し、その後窒素ガス雰囲気中1000℃、さらに真空中2100℃で焼成し、板状フィラメントを得た。
【0023】
フィラメントとして該板状フィラメントを用い、その他は実施例1と同様にしてフィラメント表面にCVD堆積物を得て、その結果、板状の電子放出源を得た。
堆積物をSEMで観察した結果、図5に示す突起系状の物質が観察され、ラマン分光により黒鉛質であると同定された。
【0024】
(実施例3)
組成物として、塩素化塩化ビニル樹脂(日本カーバイト製T−741)50部、カーボンナノファイバー25部、天然黒鉛微粉末(日本黒鉛製平均粒度5μm)25部に対し、可塑材としてジアリルフタレートモノマーを20部を添加して、分散、混合し、押し出し成形にて矩形に成形し、その後窒素ガス雰囲気中1000℃、さらに真空中1500℃で焼成し、矩形状フィラメントを得た。
【0025】
フィラメントとして該矩形状フィラメントを用い、その他は実施例1と同様にしてフィラメント表面にCVD堆積物を得て、結果矩形状の電子放出源を得た。
堆積物をSEMで観察した結果多面体形状の粒子が観察され、ラマン分光によりダイヤモンドであると同定された。
【0026】
実施例1〜3で得られた電子放出源カソード電極とし、スペーサーを介して対抗側に蛍光体および透明電導性膜を塗布したガラス基板からなるアノード電極板を設置し、真空中で電極間に電界を印加したところ、全面で蛍光体の発光現象が確認された。
【0027】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱フィラメントCVD装置により製造される電子放出源は、単体或いは必要に応じて複数個を配列させる等してカソードとして用いて、低真空度における動作、安定大電流動作、低電圧動作、低消費電力化が可能で、容易に形成され、工業的価値が非常に大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的な熱フィラメントCVD装置の構成を示す図である。
【図2】本発明で用いられる熱フィラメントCVD装置の構成を示す図である。
【図3】実施例1で得られた電子放出源のSEM写真である。
【図4】実施例1で得られた電子放出源のSEM写真である。
【図5】実施例2で得られた電子放出源のSEM写真である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron emission source and a manufacturing method thereof, and the electron emission source can be applied to, for example, a display, a high-speed high-frequency electronic device, an imaging device, and the like.
[0002]
[Prior art]
For example, in a conventional cold cathode electron emission device (Field Emission Cathode), an electron emission portion (emitter) called a so-called Spindt type is formed in a spire shape and emits electrons therefrom. The spire portion is made of a semiconductor or metal such as Si, Mo, Nb, W, and a gate electrode is formed around it. By applying a voltage between the spire portion (so-called cathode) and the gate electrode, Electrons are emitted from the spire portion. Conventionally, the emission part of these materials has a problem that the surface work function changes when gas such as hydrogen in the atmosphere is adsorbed, so that there is a problem that the obtained current fluctuates, and in order to prevent it, 10 −8 Torr or more Need to be kept in a high vacuum. Moreover, since the value of the work function is large, there is a problem that the threshold voltage for electron emission is large.
[0003]
Carbon-based materials (diamond, amorphous carbon, diamond-like carbon, and carbon nanotube) have attracted attention as electron emission materials that can overcome the above problems. Theoretically, the vacuum potential of these materials is low, so that electron emission at a low threshold is possible. Further, a stable emission current can be obtained with little fluctuation due to adsorbed atoms.
[0004]
A carbon nanotube used for electron emission is described in Japanese Patent Publication No. 7-92463. This is a structure for an electron microscope and cannot be arranged in an array by providing a grid electrode in the vicinity.
On the other hand, JP 2000-208027 A discloses a method in which a cathode is formed by, for example, applying a mixture of a fibrous object such as carbon nanotubes and a conductive paste onto a substrate. It is difficult to control the amount and direction of the nanotubes.
Also, after forming a diamond crystal, it is almost impossible and difficult to process into the required shape.
[0005]
There are various methods for forming an artificial diamond film. For example, there is a method of chemical vapor deposition using a hot filament CVD apparatus as a simple formation method. In this method, carbon radicals are generated in a sealed reaction chamber so that only gases other than a specific gas are mixed, and these are deposited on a predetermined substrate or the like.
Hydrogen gas or reaction gas is introduced into the reaction chamber, and a thermal filament such as tungsten to decompose the gas and generate radicals such as carbon radicals and a substrate such as silicon wafer, quartz, metal, or diamond are installed. The
An example of such a conventional apparatus is shown in FIG. A substrate holder 12 and a substrate 14, a thermocouple 16, and a filament 18 are placed in the reaction chamber 10. The substrate holder 12 is made of refractory metal such as molybdenum or ceramic. Moreover, the board | substrate 14 uses the board | substrate of various materials according to the objective. In order to form a film with this apparatus, the hot filament 18 is brought close to the substrate 14 to bring the substrate 14 to a high temperature, and a raw material gas is introduced into the reaction chamber 10 from the pipe 20 to cause a thermal decomposition reaction of the raw material gas. A material is deposited on the substrate 14. The power source 22 is used for heating the filament, and the thermocouple 16 is used for measuring the substrate temperature. In addition, the exhaust pipe 24 is evacuated using a vacuum pump or the like.
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 7-92463 [Patent Document 2]
JP 2000-208027 A [0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the Spindt-type electron generator has a problem that the current obtained varies because the work function of the surface changes when a gas such as hydrogen in the atmosphere is adsorbed to the electron emission portion. In order to prevent this, it is necessary to keep it in a high vacuum of 10 −8 Torr or more. Moreover, since the value of the work function is large, there is a problem that the threshold voltage for electron emission is large.
[0007]
Also, in the electron gun used for the cathode ray tube, high efficiency and low power consumption are problems as in the cold cathode method. Basically, a low work function and a low electron emission threshold voltage are desired. ing.
On the other hand, it is almost impossible and difficult to process into a required shape after forming a diamond crystal.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances. By applying a hot filament CVD apparatus, it does not require a high vacuum as in, for example, a conventional FED (Field Emission Display), and operates stably with a large current. In addition, an FED that can be operated at a low voltage and can be operated individually in an array is realized. In the cathode ray tube, the efficiency can be improved and the power consumption can be reduced, and the electron emission is uniform. An object of the present invention is to provide an electron gun having excellent stability, high brightness, and low power consumption.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, an electron emission source and manufacturing method manufactured by a hot filament CVD apparatus using a hot filament CVD apparatus having a hot filament that decomposes a reaction gas to generate radicals and using a carbon-based filament as the hot filament. A composition having a formability as a hot filament and showing a high carbon residue yield after firing, carbon powder such as carbon black, graphite and coke powder, and if necessary, a kind of metal compound and metalloid compound Alternatively, by using a carbon-based filament that is obtained by mixing and firing two or more kinds of cylinders with a circular cross section, a rectangular shape with a square cross section, a plate shape, and a coil shape as a hot filament and deposition substrate, An electron emission source in which carbon-based materials such as graphite and diamond are deposited in the shape of protrusions on the surface of the filament. By the production method, the problem is solved.
[0010]
That is, the electron emission source of the present invention comprises a carbon-based substrate and a carbon crystal formed on the surface of the carbon-based substrate.
The carbon-based substrate includes carbon powder and glassy carbon obtained by carbonizing a glassy carbon starting material mixed with the carbon powder.
In the method for producing an electron emission source of the present invention, a carbon-based substrate is placed in a carbon-containing gas atmosphere, and the carbon-based gas is decomposed by energizing the carbon-based substrate, whereby the surface of the carbon-based substrate is And depositing a carbon crystal.
[0011]
The carbon-based base material (carbon-based filament) used in the present invention is a glassy carbon starting material, a resin composition having a formability and a high carbon residue yield after firing, carbon powder, and if necessary In order to control the temperature and the resistance value, one or more metal compounds and / or metalloid compounds are mixed, and the mixture is adjusted to the shape of the CVD apparatus, the shape as the final electron emission source, etc. It is manufactured by shaping into a desired shape such as a cylindrical shape with a cross section, a rectangular shape with a square cross section, a plate shape, or a coil shape, and firing the shaped product.
[0012]
Examples of the carbon powder include carbon black, graphite, fullerene, carbon nanotube, carbon nanofiber, coke powder, and the like. The type and amount of carbon powder to be used depend on the resistance value / shape of the target filament and the target CVD. Is selected as appropriate depending on the type of carbon-based material deposited in step 1, and can be used alone or in a mixture of two or more. However, it is particularly preferable to use graphite, carbon nanotubes, or carbon nanofibers because of easy shape control. In order to facilitate shape control and structure control, it is selected from highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) having an average particle size of 100 μm or less, quiche graphite, natural graphite, artificial graphite, and vapor grown carbon fiber having a diameter of 200 nm or less. It is desirable that
[0013]
Metals and metalloid compounds of the present invention are generally available metal carbides, metalloid carbides, metal borides / metalloid borides, metal silicides / metalloid silicides, metal nitrides / metalloid nitrides, metal oxides And metal / metalloid oxides. The type and amount of the metal / metalloid compound to be used is appropriately selected according to the resistance value / shape of the target filament and the type of carbon-based material to be deposited by the target CVD, and can be used alone or in a mixture of two or more. However, from the viewpoint of resistance value control and heat resistance, it is particularly preferable to use boron carbide, silicon carbide, or boron nitride.
[0014]
The resin composition having a formability and showing a high carbon residue yield after firing is an amorphous carbon, preferably a polymer capable of becoming non-graphitizable carbon that does not progress graphitization when used at high temperatures. It is a resin and shows high carbon residue yield by generating intermolecular cross-linking during heating in the pre-carbonization stage and making it three-dimensional, and at the time of calcination carbonization, graphite powder, metal compound, metalloid compound It is a kind of a thermosetting resin or a thermoplastic resin, or a composite of two or more kinds. Here, as the thermosetting resin, phenol resin, furan resin, epoxy resin, xylene resin, benzoxazine resin, unsaturated polyester resin, melamine resin, alkyd resin, copna resin, etc. are used, and there is little thermal structural change with time. From the above, preferably a furan resin and a phenol resin are used. Further, as the thermoplastic resin, polychlorinated vinyl chloride resin, polyacrylonitrile, polyamide, polyimide, etc. are used, preferably from the ease of moldability and ease of handling when complexed with furan resin or phenol resin. Polychlorinated vinyl chloride resin is used.
[0015]
For the purpose of providing the necessary characteristics as a hot filament / deposition substrate, a polymer resin that becomes amorphous carbon after firing and a graphite powder, metal compound, metalloid compound are appropriately selected and then sufficiently mixed using a mixer. Disperse. Next, this mixture is controlled in a unidirectional orientation of fine graphite powder, metal compound, and metalloid compound using a molding machine that is used for ordinary plastic molding such as a film forming machine or an extrusion molding machine. While being equalized, it is formed into a desired shape such as a circular cylindrical shape, a rectangular rectangular shape, a plate shape, or a coil shape. The molded body is subjected to carbon precursor conversion treatment and solidification treatment in an air oven, and then calcined by controlling the temperature rise rate in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, thereby completing carbonization. A carbon composite hot filament / deposition substrate made of carbon and graphite powder, a metal compound, and a metalloid compound is obtained.
[0016]
Here, carbonization is performed by heating and raising the temperature to about 700 to 2800 ° C. in an inert gas atmosphere or under vacuum, but if the heating rate during carbonization is large, the shape of the shaped body is deformed or fine cracks are generated. Defects such as occur. Accordingly, it is appropriate that the temperature is 50 ° C. or less up to 500 ° C. and 100 ° C. or less after that.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An electron emission source and a manufacturing method manufactured by a hot filament CVD apparatus using a carbon filament as a hot filament using a hot filament CVD apparatus having a hot filament that decomposes a reaction gas and generates radicals according to the present invention Will be described.
[0018]
FIG. 2 shows a hot filament CVD apparatus using a carbon-based filament as the hot filament of the present invention.
The carbon-based filament 36 of the present invention is placed in a sealed chamber 30 made of heat-resistant glass or the like.
After filling the chamber 30 with methyl alcohol and energizing the carbon filament, raising the temperature and evaporating the methyl alcohol or the like to create a reaction gas atmosphere such as methyl alcohol, or after evacuating the chamber to a certain level, Create a gas atmosphere such as methyl alcohol by flowing at a flow rate.
Reaction gases such as methyl alcohol are decomposed by the carbon filament 36 to generate radicals such as carbon radicals, and carbonaceous substances such as graphite and diamond are generated on the filament surface.
[0019]
Here, the temperature of the carbon-based filament is controlled by the input current and the applied voltage.
Further, by appropriately operating the temperature of the filament, the concentration and flow rate of the reaction gas, etc., it becomes possible to control the properties and shape of the carbonaceous material deposited on the filament surface.
[0020]
【Example】
EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by this Example.
Example 1
As a composition, 40 parts of chlorinated vinyl chloride resin (T-741 made by Nippon Carbide), 20 parts of furan resin (VF303 made by Hitachi Chemical), 40 parts of natural graphite fine powder (average particle size of Japan Graphite 5 μm), plasticizer 20 parts of diallyl phthalate monomer is added, dispersed, mixed, extruded to form a thin wire, and then fired at 1000 ° C. in a nitrogen gas atmosphere and 2300 ° C. in an argon gas atmosphere to obtain a cylindrical carbon filament. Obtained.
[0021]
As shown in FIG. 2, a cylindrical carbon-based filament is placed as the filament 36 in a sealed heat-resistant glass chamber 30.
The chamber 30 is filled with methyl alcohol, the carbon filament 36 is energized, the temperature is increased, and the methyl alcohol is evaporated to form a methyl alcohol gas atmosphere. The filament temperature was controlled to 2050 ° C. to decompose the methyl alcohol gas to generate carbon radicals, and a CVD deposit was obtained on the filament surface. As a result, a cylindrical electron emission source was obtained.
As a result of observing the deposit with an SEM (scanning electron microscope), the projection-shaped substances shown in FIGS. 3 and 4 were observed and identified as graphite by Raman spectroscopy.
[0022]
(Example 2)
As a composition, 20 parts of diallyl phthalate monomer as a plasticizer are added to 50 parts of chlorinated vinyl chloride resin (T-741 manufactured by Nippon Carbide) and 50 parts of natural graphite fine powder (average particle size 5 μm manufactured by Nippon Graphite). Then, it was dispersed, mixed, and formed into a plate shape by extrusion, and then fired at 1000 ° C. in a nitrogen gas atmosphere and further at 2100 ° C. in a vacuum to obtain a plate filament.
[0023]
The plate-like filament was used as the filament, and a CVD deposit was obtained on the filament surface in the same manner as in Example 1. As a result, a plate-like electron emission source was obtained.
As a result of observing the deposit with an SEM, the projection-like substance shown in FIG. 5 was observed, and was identified as graphite by Raman spectroscopy.
[0024]
(Example 3)
As composition, diallyl phthalate monomer as plasticizer for 50 parts of chlorinated vinyl chloride resin (T-741 manufactured by Nippon Carbide), 25 parts of carbon nanofiber, and 25 parts of natural graphite fine powder (average particle size 5 μm manufactured by Nippon Graphite) Was added, dispersed and mixed, formed into a rectangular shape by extrusion, and then fired at 1000 ° C. in a nitrogen gas atmosphere and further at 1500 ° C. in a vacuum to obtain a rectangular filament.
[0025]
The rectangular filament was used as the filament, and a CVD deposit was obtained on the filament surface in the same manner as in Example 1. As a result, a rectangular electron emission source was obtained.
As a result of observing the deposit by SEM, polyhedral particles were observed and identified as diamond by Raman spectroscopy.
[0026]
As the electron emission source cathode electrode obtained in Examples 1 to 3, an anode electrode plate made of a glass substrate coated with a phosphor and a transparent conductive film was placed on the opposite side through a spacer, and the electrode was placed between the electrodes in a vacuum. When an electric field was applied, the phosphor emission phenomenon was confirmed over the entire surface.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, the electron emission source manufactured by the hot filament CVD apparatus of the present invention can be used as a cathode by arranging a single element or a plurality of elements as necessary, and can operate at a low vacuum degree, with a stable large current. Operation, low voltage operation and low power consumption are possible, it is easily formed, and its industrial value is very large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a general hot filament CVD apparatus.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a hot filament CVD apparatus used in the present invention.
3 is an SEM photograph of the electron emission source obtained in Example 1. FIG.
4 is a SEM photograph of the electron emission source obtained in Example 1. FIG.
5 is a SEM photograph of the electron emission source obtained in Example 2. FIG.

Claims (3)

炭素系基材を炭素含有ガス雰囲気内に置き、
該炭素系基材に通電して該炭素含有ガスを分解することにより、該炭素系基材表面に炭素結晶を堆積させるステップを具備する電子放出源の製造方法。
Place the carbon-based substrate in a carbon-containing gas atmosphere,
A method for producing an electron emission source, comprising: depositing carbon crystals on a surface of the carbon-based substrate by decomposing the carbon-containing gas by energizing the carbon-based substrate.
前記炭素系基材は、炭素粉末と、該炭素粉末と混合されたガラス状炭素出発材料を炭素化して得られたガラス状炭素とを含む請求項1記載の方法The method according to claim 1, wherein the carbon-based substrate includes carbon powder and glassy carbon obtained by carbonizing a glassy carbon starting material mixed with the carbon powder. 前記炭素系基材は、金属または半金属化合物をさらに含む請求項記載の方法The method of claim 2 , wherein the carbon-based substrate further comprises a metal or metalloid compound.
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