JP4596451B2 - 突起構造の形成方法、突起構造、および電子放出素子 - Google Patents
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Description
西林良樹、安藤豊、古田寛、小橋宏司、目黒貴一、今井貴浩、平尾孝、尾浦憲治郎;SEIテクニカルレビュー、2002年9月号
上記の構成によれば、微細加工での均一性が非常に良い非晶質Si膜(a−Si膜)より、Siマスクを形成することができる。
上記の構成によれば、幅が300nm以下のSiマスクを用いて、根元の直径が300nm以下の突起を形成することができる。
上記の構成によれば、高さのバラツキが小さい突起を形成することができる。また、先端径が細い突起を形成することができる。
上記の構成によれば、TTVが50nm以下の平坦な基板上に突起を形成することにより、高さのバラツキが小さい突起を形成することができる。
上記の構成によれば、ダイヤモンドの突起構造を形成することができる。
上記の構成によれば、放出電流密度を、例えば100mA/mm2以上とすることができる。
上記の構成によれば、ダイヤモンドのもつ負性電子親和力等の特性を活かすことができる。
上記の構成によれば、従来の電子放出素子に比べて、微細な突起が形成された電子放出素子とできる。
図1は、本実施形態に係る突起構造の一部を示す図である。図1に示すように本実施形態に係る突起構造10は、ダイヤモンドからなる基板1と、基板1上に形成された複数の突起2を備えている。図1の例では、基板1はダイヤモンドからなるが、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜、アモルファスカーボンナイトライド(a−CN)、アモルファスカーボン(a−C)膜、カーボンナノチューブ(CNT)/SiC膜、グラファイト/SiC膜等の炭素を含む材料からなるものでも良い。突起2は、基板1上に配列されている。突起2は、突起2の先端が突起2の根元より細くなっている。突起2の先端の幅W1は100nm以下である。突起2の根元の幅W2は300nm以下であり、より好ましくは200nm以下である。そして、突起2の先端の幅W1は、根元の幅の1/2以下である。また、各々の突起2の根元の中心と、先端の中心は、各々の幅の1割以下の精度で配列している。また、突起のアスペクト比(突起の高さ/幅)は、1以上とされている。突起2は、4個/μm2以上の密度で基板1上に設けられている。
このように、微細な突起が高密度で設けられているため、本実施形態の突起構造の放出電流密度は高いものとなる。また、先鋭突起が正確に中心にある突起となる。各々の突起の配列は従来のものに比べて精度が良い。そして、各々の微小な突起の高さは、従来に比べて均一なものとなる。
Siマスク5の各々のパターンは、図3(b)に示したものに限定されず、例えば図3(c)に示すような円筒形状や、図3(d)に示すような円筒形状の先端が丸まったものや、図3(e)に示すような水滴状のものや、図3(f)に示すようなH/Wが1以上のものを適用できる。
それをマスクとしてダイヤモンドを加工した例を図7に示す。図7(a)〜(d)は、本実施形態に係る突起構造を示す電子顕微鏡写真である。非常にアスペクト比が4〜5と高い突起ができていることが確認できた。
なお、図5の最下段に、H/Wの小さな(1/3)マスクの例を示す。この場合、できた突起は先端径の大きなものとなる。さらに、エッチングすると先端は小さくなるが、突起のサイズも小さくなり、できた突起の形状の制御性もよくなかった。このようにH/Wが小さなマスクよりも、H/Wが0.5以上と大きいマスクが好ましい。
Claims (7)
- 炭素を含む材料からなる基板上にSi膜を形成する第1工程と、
前記Si膜をエッチングして、基板上に配列された複数のパターンを有するSiマスクを形成する第2工程と、
前記Siマスクを用いて前記基板をエッチングして、基板に複数の突起を形成する第3工程と、
を備え、
前記Si膜は、非晶質Si膜である、ことを特徴とする突起構造の形成方法。 - 前記各パターンは、各々の最大幅が300nm以下であることを特徴とする請求項1に記載の突起構造の形成方法。
- 前記各パターンの各々の高さHと最大幅Wとの比(H/W)は、0.5以上であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の突起構造の形成方法。
- 前記基板のTTV(Total Thickness variation)が50nm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の突起構造の形成方法。
- 前記基板はダイヤモンドからなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の突起構造の形成方法。
- 各突起の先端は、前記突起の根元より細くなっており、
各突起の先端の幅が100nm以下であり、
各突起の根元の幅が300nm以下であることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の突起構造の形成方法。 - 前記突起の密度は、4個/μm2以上であることを特徴とする請求項6に記載の突起構造の形成方法。
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