JP4469778B2 - 電界放射型電極、電界放射型電極の製造方法及び電子機器 - Google Patents
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Description
カーボンナノウォール層上に積層形成され、粒径が5nmから10nmの複数のダイヤモンド微粒子を含み該ダイヤモンド微粒子間には無定形炭素が介在した電子放出膜と、
前記電子放出膜の前記無定形炭素を核として該電子放出膜の表面に成長したスティックと、
を有することを特徴とする。
前記電子放出膜は、導電性を示すことを特徴とする。
前記電子放出膜は、比(sp 3 結合の炭素)/(sp 2 結合の炭素)が2.5〜2.7であることを特徴とする。
前記スティックは、炭素でできていることを特徴とする。
前記スティックは、sp 2 結合の炭素でできていることを特徴とする。
前記スティックは、前記電子放出膜の表面に起立していることを特徴とする。
前記スティックは、前記電子放出膜の表面に5000〜75000本/mm2の密度で形成されていることを特徴とする。
前記スティックの周囲に炭素の小片が形成されていることを特徴とする。
前記炭素の小片が前記スティックにからみついている部分は、前記スティックの全長に対し50%以下であることを特徴とする。
組成に炭素を含有する化合物を含む原料ガスを処理容器に供給して前記処理容器内にプラズマを生じることによって、基板の表面に積層されたカーボンナノウォール層と、カーボンナノウォール層上に積層形成され、粒径が5nmから10nmの複数のダイヤモンド微粒子を含み該ダイヤモンド微粒子間には無定形炭素が介在した電子放出膜と、前記電子放出膜の前記無定形炭素を核として該電子放出膜の表面に成長したスティックと、を形成することを特徴とする。
前記基板の温度を測定する温度測定手段と、前記基板を裏面から冷却する冷却手段とを備えた装置により、前記基板の温度を制御して前記カーボンナノウォール層と前記電子放出膜と前記スティックとを形成することを特徴とする。
前記スティックは、炭素でできていることを特徴とする。
前記スティックは、sp 2 結合の炭素でできていることを特徴とする。
前記スティックは、前記電子放出膜の表面に起立していることを特徴とする。
前記スティックは、前記電子放出膜の表面に5000〜75000本/mm2の密度で形成されていることを特徴とする。
前記スティックの周囲に炭素の小片が形成されていることを特徴とする。
前記炭素の小片が前記スティックにからみついている部分は、前記スティックの全長に対し50%以下であることを特徴とする。
カーボンナノウォール層上に積層形成され、粒径が5nmから10nmの複数のダイヤモンド微粒子を含み該ダイヤモンド微粒子間には無定形炭素が介在した電子放出膜と、前記電子放出膜の前記無定形炭素を核として該電子放出膜の表面に成長したスティックと、を有する電界放射型電極と、
前記電子放出用電極と対向して設けられた対向電極と、
電子放出用電極から放出される電子により発光する蛍光体膜と、
を備えることを特徴とする。
前記スティックは、炭素でできていることを特徴とする。
前記スティックは、sp 2 結合の炭素でできていることを特徴とする。
前記スティックは、前記電子放出膜の表面に起立していることを特徴とする。
前記スティックは、前記電子放出膜の表面に5000〜75000本/mm2の密度で形成されていることを特徴とする。
前記スティックの周囲に炭素の小片が形成されていることを特徴とする。
前記炭素の小片が前記スティックにからみついている部分は、前記スティックの全長に対し50%以下であることを特徴とする。
カーボンナノウォール32は、曲面をなす花弁状(扇状)の複数の炭素薄片が起立しながら互いにランダムな方向に繋がりあって構成され、0.1nm〜10μmの厚さである。各炭素薄片は、格子間隔が0.34nmの数層〜数十層のグラフェンシートから構成されている。
電子放出膜30におけるX線回折パターンを調べると、ダイヤモンド結晶の顕著なピークを有すると共に、ガラス状炭素や黒鉛構造を基本とした無定形炭素のピークも観察された。このことから、電子放出膜30の主表面は、ダイヤモンド微粒子3aのみではなく、ダイヤモンド微粒子3a間に設けられたガラス状炭素又は黒鉛構造の無定形炭素を含むため、電子放出膜30は導電性を示すので電子放出特性に優れていることが判る。
カーボンナノウォール32の炭素薄片は、1580cm−1付近のグラファイトの炭素−炭素結合の六角格子内での炭素原子の振動に起因する半値幅が50cm−1未満のGバンドのピークと1350cm−1付近の半値幅が50cm−1未満のDバンドのピークの強度比が鋭敏であり、また他のピークがほとんど見られないことから、緻密で純度の高いグラファイトからなるカーボンナノウォール32が生成されていることが明らかである。
つまり10nmのダイヤモンド微粒子3aが所定方向に100個程度ほとんど隙間なく堆積してしまうと、見かけ上ダイヤモンドの厚さは、1000nmになってしまい、強電界をかけてもほとんどトンネル効果をもたらさなくなってしまうが、導電性のsp 2 結合の無定形炭素3bが介在することによって、ダイヤモンド微粒子3aは個々に分離されるので、それぞれのダイヤモンド微粒子3aがトンネル効果を発現することが可能となる。
カーボンナノウォール32にはスティック4がほとんど見られていない。これは、基板1上でカーボンナノウォール32を成長する際にカーボンナノウォール32の成長速度がある程度早いために、スティック4がカーボンナノウォール32の成長速度をはるか超えて成長することができないためである。
図21に示す直流プラズマCVD装置は、処理対象の基板1の表面に膜を形成する装置であり、基板1を外気から遮断するためのチャンバー10を備えている。
チャンバー10内には、テーブル11が配置され、テーブル11の上部に円板状の陽極11aが取付けられている。基板1は、陽極11aの上側載置面に固定される。テーブル11は、陽極11aとともに軸xを軸に回転するように設定されている。
陰極13の内部には、冷却媒体が流れる流路13aが形成され、その流路の両端には、管13b,13cが取付けられている。管13b,13cは、チャンバー10に形成された孔を貫通し流路13aに連通している。管13b,13cの通過したチャンバー10の孔は、シール剤でシールされ、チャンバー10内の気密性は確保されている。管13b、流路13a、管13cには、冷却媒体が流れることにより陰気13の発熱を抑制する。冷却媒体としては、水、塩化カルシウム水溶液、空気、不活性ガス等が好ましい。
この直流プラズマCVD装置には、原料ガスをガス供給用管16を介して導入する原料系(図示略)とチャンバー10内から気体を排気用管17を介して排出してチャンバー10内の気圧を調整する排気系(図示略)と、出力設定部18とを備えている。
この成膜処理では、ニッケル等の基板1の表面に、カーボンナノウォール32と、カーボンナノウォール32上に形成された複数のダイヤモンド微粒子を含む電子放出膜30とを含む層とを有する電子放出膜20を成膜する。
基板1が固定されると、次に、チャンバー10内を排気系を用いて減圧し、続いて、ガス供給用管16から水素ガスとメタン等の組成中に炭素を含有する化合物のガス(炭素含有化合物)とを導く。ガス供給用管16は、水素ガスとメタンごとに別々の管として設けられていてもよく、混合ガスとして1本にまとめられていてもよい。
Claims (24)
- カーボンナノウォール層上に積層形成され、粒径が5nmから10nmの複数のダイヤモンド微粒子を含み該ダイヤモンド微粒子間には無定形炭素が介在した電子放出膜と、
前記電子放出膜の前記無定形炭素を核として該電子放出膜の表面に成長したスティックと、
を有することを特徴とする電界放射型電極。 - 前記電子放出膜は、導電性を示すことを特徴とする請求項1に記載の電界放射型電極。
- 前記電子放出膜は、比(sp 3 結合の炭素)/(sp 2 結合の炭素)が2.5〜2.7であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電界放射型電極。
- 前記スティックは、炭素でできていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電界放射型電極。
- 前記スティックは、sp 2 結合の炭素でできていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電界放射型電極。
- 前記スティックは、前記電子放出膜の表面に起立していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電界放射型電極。
- 前記スティックは、前記電子放出膜の表面に5000〜75000本/mm2の密度で形成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の電界放射型電極。
- 前記スティックの周囲に炭素の小片が形成されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電界放射型電極。
- 前記炭素の小片が前記スティックにからみついている部分は、前記スティックの全長に対し50%以下であることを特徴とする請求項8に記載の電界放射型電極。
- 組成に炭素を含有する化合物を含む原料ガスを処理容器に供給して前記処理容器内にプラズマを生じることによって、基板の表面に積層されたカーボンナノウォール層と、カーボンナノウォール層上に積層形成され、粒径が5nmから10nmの複数のダイヤモンド微粒子を含み該ダイヤモンド微粒子間には無定形炭素が介在した電子放出膜と、前記電子放出膜の前記無定形炭素を核として該電子放出膜の表面に成長したスティックと、
を形成することを特徴とする電界放射型電極の製造方法。 - 前記基板の温度を測定する温度測定手段と、前記基板を裏面から冷却する冷却手段とを備えた装置により、前記基板の温度を制御して前記カーボンナノウォール層と前記電子放出膜と前記スティックとを形成することを特徴とする請求項10に記載の電界放射型電極の製造方法。
- 前記スティックは、炭素でできていることを特徴とする請求項10又は11に記載の電界放射型電極の製造方法。
- 前記スティックは、sp 2 結合の炭素でできていることを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の電界放射型電極の製造方法。
- 前記スティックは、前記電子放出膜の表面に起立していることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の電界放射型電極の製造方法。
- 前記スティックは、前記電子放出膜の表面に5000〜75000本/mm2の密度で形成されていることを特徴とする請求項10乃至14のいずれか1項に記載の電界放射型電極の製造方法。
- 前記スティックの周囲に炭素の小片が形成されていることを特徴とする請求項10乃至15のいずれか1項に記載の電界放射型電極の製造方法。
- 前記炭素の小片が前記スティックにからみついている部分は、前記スティックの全長に対し50%以下であることを特徴とする請求項16に記載の電界放射型電極の製造方法。
- カーボンナノウォール層上に積層形成され、粒径が5nmから10nmの複数のダイヤモンド微粒子を含み該ダイヤモンド微粒子間には無定形炭素が介在した電子放出膜と、前記電子放出膜の前記無定形炭素を核として該電子放出膜の表面に成長したスティックと、を有する電界放射型電極と、
前記電子放出用電極と対向して設けられた対向電極と、
電子放出用電極から放出される電子により発光する蛍光体膜と、
を備えることを特徴とする電子機器。 - 前記スティックは、炭素でできていることを特徴とする請求項18に記載の電子機器。
- 前記スティックは、sp 2 結合の炭素でできていることを特徴とする請求項18又は19に記載の電子機器。
- 前記スティックは、前記電子放出膜の表面に起立していることを特徴とする請求項18乃至20のいずれか1項に記載の電子機器。
- 前記スティックは、前記電子放出膜の表面に5000〜75000本/mm2の密度で形成されていることを特徴とする請求項18乃至21のいずれか1項に記載の電子機器。
- 前記スティックの周囲に炭素の小片が形成されていることを特徴とする請求項18乃至22のいずれか1項に記載の電子機器。
- 前記炭素の小片が前記スティックにからみついている部分は、前記スティックの全長に対し50%以下であることを特徴とする請求項23に記載の電子機器。
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