JPH08143393A - 電子放出膜およびその作成方法 - Google Patents
電子放出膜およびその作成方法Info
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- JPH08143393A JPH08143393A JP7272054A JP27205495A JPH08143393A JP H08143393 A JPH08143393 A JP H08143393A JP 7272054 A JP7272054 A JP 7272054A JP 27205495 A JP27205495 A JP 27205495A JP H08143393 A JPH08143393 A JP H08143393A
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- reaction chamber
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
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- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷陰極電子放出表示装置に応用可能なダイア
モンド状膜およびその作成方法を提供する。 【解決手段】 電子放出膜（１１６）を作成する方法に
おいて、まず基板（１０２）と、ある温度およびある圧
力を有する反応室（１０３）が用意される。温度および
圧力は、所望温度および所望圧力に調節される。基板
（１０２）を反応室（１０３）に配置し、炭化水素ガス
を反応室（１０３）内に流し込む。プラズマが反応室
（１０３）内で着火し、反応室（１０３）に四面体状化
合物が形成される。これが、基板（１０２）上に電子放
出物質（１１６）が堆積されるのを補助する。
モンド状膜およびその作成方法を提供する。 【解決手段】 電子放出膜（１１６）を作成する方法に
おいて、まず基板（１０２）と、ある温度およびある圧
力を有する反応室（１０３）が用意される。温度および
圧力は、所望温度および所望圧力に調節される。基板
（１０２）を反応室（１０３）に配置し、炭化水素ガス
を反応室（１０３）内に流し込む。プラズマが反応室
（１０３）内で着火し、反応室（１０３）に四面体状化
合物が形成される。これが、基板（１０２）上に電子放
出物質（１１６）が堆積されるのを補助する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に ダイアモン
ド状膜(diamond like film)に関し、更に特定すれば、
電子放出ダイアモンド状膜に関するものである。
ド状膜(diamond like film)に関し、更に特定すれば、
電子放出ダイアモンド状膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のダイアモンド状膜（ＤＬＦ）は、
種々の化学蒸着（ＣＶＤ）技法および機器を用いて、基
板上に堆積されている。典型的に、ＤＬＦの堆積は、ホ
ット・フィラメント(hot filament)、マイクロ波、また
は無線周波数（ＲＦ）化学蒸着（ＣＶＤ）システムを用
い、１０．０millitorrないし１００．０torrの範囲の
圧力および摂氏４００．０度以上の温度で、主にメタン
(CH4)および水素(H25)ガスを利用することによって達成
される。しかしながら、これらの堆積技法はダイアモン
ド自体と似た特性を有するバルク状膜を作成するには適
しているが、これらの膜には、電子素子に用いるのに適
した電子放出挙動(electron emissive behavior)を示す
ものはなかった。
種々の化学蒸着（ＣＶＤ）技法および機器を用いて、基
板上に堆積されている。典型的に、ＤＬＦの堆積は、ホ
ット・フィラメント(hot filament)、マイクロ波、また
は無線周波数（ＲＦ）化学蒸着（ＣＶＤ）システムを用
い、１０．０millitorrないし１００．０torrの範囲の
圧力および摂氏４００．０度以上の温度で、主にメタン
(CH4)および水素(H25)ガスを利用することによって達成
される。しかしながら、これらの堆積技法はダイアモン
ド自体と似た特性を有するバルク状膜を作成するには適
しているが、これらの膜には、電子素子に用いるのに適
した電子放出挙動(electron emissive behavior)を示す
ものはなかった。
【０００３】電子フィールド放出がＣＶＤ多結晶ダイア
モンド膜で生じることは、Wang etal.によって観察さ
れ、その後１９９１年に、かかる膜はいわゆる「陰電子
親和性(negative electron affinity)」のために、冷陰
極電子源として用いられる潜在的可能性があることが認
められた(Electrn. Lett. 27, (16),1991, pp. 1459-14
61)。しかしながら、これらの観察は多結晶ダイアモン
ド膜を冷陰極電子源に用いる潜在性を示してはいるもの
の、これらの膜には、電子放出が不規則であること、プ
ロセス制御が困難なこと、電子放出強度が低いこと等、
厳しい制約や問題があるので、これらの膜も電子素子へ
の応用には適していないと考えられていた。
モンド膜で生じることは、Wang etal.によって観察さ
れ、その後１９９１年に、かかる膜はいわゆる「陰電子
親和性(negative electron affinity)」のために、冷陰
極電子源として用いられる潜在的可能性があることが認
められた(Electrn. Lett. 27, (16),1991, pp. 1459-14
61)。しかしながら、これらの観察は多結晶ダイアモン
ド膜を冷陰極電子源に用いる潜在性を示してはいるもの
の、これらの膜には、電子放出が不規則であること、プ
ロセス制御が困難なこと、電子放出強度が低いこと等、
厳しい制約や問題があるので、これらの膜も電子素子へ
の応用には適していないと考えられていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】宝石質(gem quality)
またはバルク・ダイアモンド状炭素膜の従来の形成方法
は、電子源、特に冷陰極電子源を作るには適していない
ことがわかる。電子放出が不規則で、生産性(manufactu
reability)に適性がなく、電子放出強度が低いために、
従来のバルク膜を電子放出膜の大量生産には用いること
ができず、そのために、かかるダイアモンド状炭素膜を
冷陰極電子放出表示装置に用いることができなかった。
したがって、先に述べた問題を好転させかつ解決する方
法があれば、非常に望ましいことであろう。
またはバルク・ダイアモンド状炭素膜の従来の形成方法
は、電子源、特に冷陰極電子源を作るには適していない
ことがわかる。電子放出が不規則で、生産性(manufactu
reability)に適性がなく、電子放出強度が低いために、
従来のバルク膜を電子放出膜の大量生産には用いること
ができず、そのために、かかるダイアモンド状炭素膜を
冷陰極電子放出表示装置に用いることができなかった。
したがって、先に述べた問題を好転させかつ解決する方
法があれば、非常に望ましいことであろう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は電子放出膜を作
成する方法を提供する。まず、基板を用意する。次に、
反応室を有するプラズマ反応器を用意する。反応室はあ
る温度とある圧力とを有し、この温度および圧力は所望
の温度および所望の圧力に調節可能に制御される。基板
を反応室に配置する。炭化水素ガス、水素、およびアル
ゴンを含むガスを反応室に導入する。プラズマが着火(i
gnite)し、反応室内に四面体状化合物(tetrahedral sha
ped compounds)が形成され、基板上に電子放出膜の堆積
が開始される。
成する方法を提供する。まず、基板を用意する。次に、
反応室を有するプラズマ反応器を用意する。反応室はあ
る温度とある圧力とを有し、この温度および圧力は所望
の温度および所望の圧力に調節可能に制御される。基板
を反応室に配置する。炭化水素ガス、水素、およびアル
ゴンを含むガスを反応室に導入する。プラズマが着火(i
gnite)し、反応室内に四面体状化合物(tetrahedral sha
ped compounds)が形成され、基板上に電子放出膜の堆積
が開始される。
【０００６】
【実施例】図１には、反応室１０３の陰極１０４上に基
板１０２が配置されたプラズマ反応器１０１の簡略構成
図が示されている。加えて、基板１０２は、層または膜
１１５と電子放出膜（ＥＥＦ）１１６とが基板１０２上
に堆積されている様子が示されている。プラズマ反応器
１０１は、陰極１０４、陽極１０６、無線周波数（Ｒ
Ｆ）電源１０７、遮断用コンデンサ１０８、接地１０
９、ガス注入口１１１、電気接続部１１２，１１３等、
数個の構成要素で作られている。プラズマ反応器１０１
はかなり簡素化されており、本発明をより明確に理解で
きるように、多くの設計上の詳細は故意に省略してある
ことは理解されよう。更に、図１ではサイズまたは相対
的なサイズは表されていないことも理解されよう。
板１０２が配置されたプラズマ反応器１０１の簡略構成
図が示されている。加えて、基板１０２は、層または膜
１１５と電子放出膜（ＥＥＦ）１１６とが基板１０２上
に堆積されている様子が示されている。プラズマ反応器
１０１は、陰極１０４、陽極１０６、無線周波数（Ｒ
Ｆ）電源１０７、遮断用コンデンサ１０８、接地１０
９、ガス注入口１１１、電気接続部１１２，１１３等、
数個の構成要素で作られている。プラズマ反応器１０１
はかなり簡素化されており、本発明をより明確に理解で
きるように、多くの設計上の詳細は故意に省略してある
ことは理解されよう。更に、図１ではサイズまたは相対
的なサイズは表されていないことも理解されよう。
【０００７】通常、プラズマ反応器１０１は、ＲＦプラ
ズマのようなプラズマを生成し、かつ基板１０２を受け
入れるように構成されたもので、適したプラズマ反応器
であれば、マイクロ波プラズマ反応器、下流プラズマ反
応器(downstream plasma reactor)、平行板プラズマ反
応器、または非対象プラズマ反応器等のいずれでもよ
い。プラズマ反応器１０１は、ユーザの特定用途にした
がって、単一基板または多数の基板のどちらを受容する
ように構成されていてもよい。
ズマのようなプラズマを生成し、かつ基板１０２を受け
入れるように構成されたもので、適したプラズマ反応器
であれば、マイクロ波プラズマ反応器、下流プラズマ反
応器(downstream plasma reactor)、平行板プラズマ反
応器、または非対象プラズマ反応器等のいずれでもよ
い。プラズマ反応器１０１は、ユーザの特定用途にした
がって、単一基板または多数の基板のどちらを受容する
ように構成されていてもよい。
【０００８】図１に示すように、陰極および／またはサ
セプタ(susceptor)１０４ならびに陽極１０６は反応室
１０３内に常駐し、電気リード即ち電気接続部１１２、
および陰極１０４とＲＦ電源１０７との間に配置された
遮断用コンデンサ１０８を有する電気リード即ち電気接
続部１１３を介して、ＲＦ電源１０７に動作的に結合さ
れている。しかしながら、プラズマ反応器によっては、
陽極１０６が反応室１０３内に内蔵される場合もあるこ
とは理解されよう。
セプタ(susceptor)１０４ならびに陽極１０６は反応室
１０３内に常駐し、電気リード即ち電気接続部１１２、
および陰極１０４とＲＦ電源１０７との間に配置された
遮断用コンデンサ１０８を有する電気リード即ち電気接
続部１１３を介して、ＲＦ電源１０７に動作的に結合さ
れている。しかしながら、プラズマ反応器によっては、
陽極１０６が反応室１０３内に内蔵される場合もあるこ
とは理解されよう。
【０００９】ガス注入口１１１は、矢印１１４として示
されているように、１種類のガスまたは複数種のガスに
対して開口として機能し、反応室１０３に入る流れを制
御することによって、反応室１０３をガス１１４で充填
する。
されているように、１種類のガスまたは複数種のガスに
対して開口として機能し、反応室１０３に入る流れを制
御することによって、反応室１０３をガス１１４で充填
する。
【００１０】また、真空システム（図示せず）を反応室
１０３に接続することにより、反応室１０３から排気で
きるようにしてある。典型的に、真空システムと連携し
て、バタフライ弁（図示せず）のような圧力制御装置
（図示せず）を用いて、反応室１０３内の圧力を正確に
制御する。
１０３に接続することにより、反応室１０３から排気で
きるようにしてある。典型的に、真空システムと連携し
て、バタフライ弁（図示せず）のような圧力制御装置
（図示せず）を用いて、反応室１０３内の圧力を正確に
制御する。
【００１１】本発明では、基板１０２は、例えば、ガラ
ス(SiO2)、窒化シリコン(Si3Ni4)、プラスチック等のよ
うな誘電体物質、例えば、アルミニウム(Al)、クロム
(Cr)、鉄、タングステン(W)、チタン(Ti)のような導
体、または、例えば、シリコン、砒化ガリウム等のよう
な半導体物質等、いずれかの適した物質で作られる。更
に、基板１０２の製造の際、W、Ti、 Al のような層ま
たは膜１１５を基板１０２上に配置(dispose)または堆
積(deposit)することにより、ＥＥＦ１１６の形成を強
化することができる。典型的に、層１１５は、蒸着、ス
パッタリング等のようないずれかの適した方法で、基板
１０２に配置即ち被着される。更に、基板１０２に多数
の層を設けることによって、フィールド放出素子（ＦＥ
Ｄ）のような電気的に能動な素子を製造する。
ス(SiO2)、窒化シリコン(Si3Ni4)、プラスチック等のよ
うな誘電体物質、例えば、アルミニウム(Al)、クロム
(Cr)、鉄、タングステン(W)、チタン(Ti)のような導
体、または、例えば、シリコン、砒化ガリウム等のよう
な半導体物質等、いずれかの適した物質で作られる。更
に、基板１０２の製造の際、W、Ti、 Al のような層ま
たは膜１１５を基板１０２上に配置(dispose)または堆
積(deposit)することにより、ＥＥＦ１１６の形成を強
化することができる。典型的に、層１１５は、蒸着、ス
パッタリング等のようないずれかの適した方法で、基板
１０２に配置即ち被着される。更に、基板１０２に多数
の層を設けることによって、フィールド放出素子（ＦＥ
Ｄ）のような電気的に能動な素子を製造する。
【００１２】動作について説明すると、一旦基板１０２
を反応室１０３内に配置し、一旦ガス１１４をガス注入
口１１１を通じて反応室１０３に入れたなら、ＲＦ電源
１０７が陰極１０４と陽極１０６との間のガスにＲＦ電
圧を供給し、ガスをイオン化することによって、グロー
放電(glow discharge)即ちプラズマをそれらの間に発生
する。典型的に、基板１０２は、少なくともその一部が
プラズマの近くまたはその中に位置するように配置する
ことによって、プラズマが基板１０２と相互作用を行え
るようにする。例えば、図１に示すように、基板１０２
を陰極またはサセプタ１０４上に配置することによっ
て、プラズマが基板１０２と相互作用を行えるようにす
る。イオン化ガスは、同数の正および負電荷、および異
なる量の非イオン化中性分子(unionized neutral molec
ules)を含む。また、プラズマは、ある割合の遊離基(fr
ee radicals)も含む。遊離基は、電気的に中性であるが
不完全な化学結合を有する原子または分子のことであ
り、したがって遊離基は非常に反応性が高い種である。
を反応室１０３内に配置し、一旦ガス１１４をガス注入
口１１１を通じて反応室１０３に入れたなら、ＲＦ電源
１０７が陰極１０４と陽極１０６との間のガスにＲＦ電
圧を供給し、ガスをイオン化することによって、グロー
放電(glow discharge)即ちプラズマをそれらの間に発生
する。典型的に、基板１０２は、少なくともその一部が
プラズマの近くまたはその中に位置するように配置する
ことによって、プラズマが基板１０２と相互作用を行え
るようにする。例えば、図１に示すように、基板１０２
を陰極またはサセプタ１０４上に配置することによっ
て、プラズマが基板１０２と相互作用を行えるようにす
る。イオン化ガスは、同数の正および負電荷、および異
なる量の非イオン化中性分子(unionized neutral molec
ules)を含む。また、プラズマは、ある割合の遊離基(fr
ee radicals)も含む。遊離基は、電気的に中性であるが
不完全な化学結合を有する原子または分子のことであ
り、したがって遊離基は非常に反応性が高い種である。
【００１３】本発明では、プロセス・パラメータ、即
ち、温度、圧力、直流（ＤＣ）バイアス、電力、および
ガスは、電子放出膜１１６の堆積を促進するように規定
される。通常基板１０２上で測定される温度は、０．０
ないし６００．０℃の範囲であり、好ましい温度は０．
０ないし８０．０℃、そして公称温度(nominal tempera
ture)は２０．０℃程度である。圧力室１０３内の圧力
は、１．０millitorrないし５．０torrの範囲であり、
好ましい範囲は１２．０ないし１００millitor、公称範
囲は１５．０ないし２０．０millitor、そして公称値は
１８．０millitorrである。
ち、温度、圧力、直流（ＤＣ）バイアス、電力、および
ガスは、電子放出膜１１６の堆積を促進するように規定
される。通常基板１０２上で測定される温度は、０．０
ないし６００．０℃の範囲であり、好ましい温度は０．
０ないし８０．０℃、そして公称温度(nominal tempera
ture)は２０．０℃程度である。圧力室１０３内の圧力
は、１．０millitorrないし５．０torrの範囲であり、
好ましい範囲は１２．０ないし１００millitor、公称範
囲は１５．０ないし２０．０millitor、そして公称値は
１８．０millitorrである。
【００１４】ＤＣバイアスは、陰極１０４と陽極１０６
との間の電位電圧(potential voltage)の測定値であ
り、反応室１０３内の圧力、ＲＦ電源１０７からの電
力、陰極１０４と陽極１０６との間の間隔等のような種
々のプロセス・パラメータの相互作用で決定される。し
たがって、ＤＣバイアスは陰極１０４と陽極１０６との
間の電位を示すが、ＤＣバイアスは他のプロセス・パラ
メータと共に変化することは理解されよう。更に、プラ
ズマ反応器によっては、ＤＣバイアスを選択的に固定し
たり、ある任意の値に設定することができ、一方他のプ
ロセス・パラメータが自己調節または浮動することによ
って、選択したまたは固定のＤＣバイアスを実現できる
ことも理解されよう。一般的に、ＤＣバイアスは直流
（ＶＤＣ）５．０ないし６００．０ボルトの範囲とする
ことができ、好ましい範囲は４００．０ないし５５０．
０ＶＤＣ、公称値は約５２３ＶＤＣである。
との間の電位電圧(potential voltage)の測定値であ
り、反応室１０３内の圧力、ＲＦ電源１０７からの電
力、陰極１０４と陽極１０６との間の間隔等のような種
々のプロセス・パラメータの相互作用で決定される。し
たがって、ＤＣバイアスは陰極１０４と陽極１０６との
間の電位を示すが、ＤＣバイアスは他のプロセス・パラ
メータと共に変化することは理解されよう。更に、プラ
ズマ反応器によっては、ＤＣバイアスを選択的に固定し
たり、ある任意の値に設定することができ、一方他のプ
ロセス・パラメータが自己調節または浮動することによ
って、選択したまたは固定のＤＣバイアスを実現できる
ことも理解されよう。一般的に、ＤＣバイアスは直流
（ＶＤＣ）５．０ないし６００．０ボルトの範囲とする
ことができ、好ましい範囲は４００．０ないし５５０．
０ＶＤＣ、公称値は約５２３ＶＤＣである。
【００１５】通常ワットで測定される電力は、ＲＦ電源
１０７からの出力レベルであり、２５．０ないし１００
０．０ワットの範囲であり、好ましいレベルは２００．
０ないし５００．０ワットの範囲、そして公称値は約３
００．０ワットである。
１０７からの出力レベルであり、２５．０ないし１００
０．０ワットの範囲であり、好ましいレベルは２００．
０ないし５００．０ワットの範囲、そして公称値は約３
００．０ワットである。
【００１６】本発明では、混合ガスを用いて反応室１０
３内でグロー放電に着火し、基板１０２上にＥＥＦ１１
６を形成即ち堆積する。混合ガスは、それぞれ２ないし
１０ｓｃｃｍ、５ないし５０ｓｃｃｍ、および５ないし
２０ｓｃｃｍの流速を有する、炭化水素ガス、水素、お
よびアルゴンであり、好ましい範囲は、それぞれ、４な
いし８ｓｃｃｍ、１０ないし３０ｓｃｃｍ、および１０
ないし１５ｓｃｃｍであり、公称範囲は、それぞれ、５
ないし７ｓｃｃｍ、１５ないし２５ｓｃｃｍ、および８
ないし１３ｓｃｃｍである。
３内でグロー放電に着火し、基板１０２上にＥＥＦ１１
６を形成即ち堆積する。混合ガスは、それぞれ２ないし
１０ｓｃｃｍ、５ないし５０ｓｃｃｍ、および５ないし
２０ｓｃｃｍの流速を有する、炭化水素ガス、水素、お
よびアルゴンであり、好ましい範囲は、それぞれ、４な
いし８ｓｃｃｍ、１０ないし３０ｓｃｃｍ、および１０
ないし１５ｓｃｃｍであり、公称範囲は、それぞれ、５
ないし７ｓｃｃｍ、１５ないし２５ｓｃｃｍ、および８
ないし１３ｓｃｃｍである。
【００１７】より具体的には、炭化水素ガスは四面体分
子構成(tetrahedral molecular arrangement )を含み、
その配座(conformation)がプラズマ内または基板１０２
上で、ＥＥＦ１１６の堆積を開始させる。この四面体分
子構成を有する炭化水素ガスには、メタン、エタン、プ
ロパン、ブタン、トリメチル・ガリウム、トリエチル・
ガリウム、トリメチル・インジウム、トリエチル・イン
ジウム、テトラメチル・ゲルマニウム、テトラエチル・
ゲルマニウム、テトラメチル錫、テトラエチル錫、トリ
メチル硼素、トリエチル硼素、トリメチル・アルミニウ
ム、およびトリエチル・アルミニウム等が含まれる。加
えて、他の同族体(homologues)および類似体(analogs)
も使用可能であることは、当業者には理解されよう。
子構成(tetrahedral molecular arrangement )を含み、
その配座(conformation)がプラズマ内または基板１０２
上で、ＥＥＦ１１６の堆積を開始させる。この四面体分
子構成を有する炭化水素ガスには、メタン、エタン、プ
ロパン、ブタン、トリメチル・ガリウム、トリエチル・
ガリウム、トリメチル・インジウム、トリエチル・イン
ジウム、テトラメチル・ゲルマニウム、テトラエチル・
ゲルマニウム、テトラメチル錫、テトラエチル錫、トリ
メチル硼素、トリエチル硼素、トリメチル・アルミニウ
ム、およびトリエチル・アルミニウム等が含まれる。加
えて、他の同族体(homologues)および類似体(analogs)
も使用可能であることは、当業者には理解されよう。
【００１８】温度、圧力、ＤＣバイアス、電力、および
気体流量の具体的な値は、プラズマ反応器１０１の具体
的な形式および構造にしたがって変化することは理解さ
れよう。
気体流量の具体的な値は、プラズマ反応器１０１の具体
的な形式および構造にしたがって変化することは理解さ
れよう。
【００１９】プラズマ自体内部の反応は非常に複雑であ
るが、基本的な機構は以下の一般式で表わすことができ
る。
るが、基本的な機構は以下の一般式で表わすことができ
る。
【００２０】
【数１】
【００２１】ここで、 k=k1+k2+k3+k4 ｋ1 = 反応ガス種の発生に対する速度定数(rate consta
nt ) ｋ2 = 気相反応に対する拡散速度定数、または表面反応
に対する結合拡散／化学吸着速度定数(chemisorption r
ate constant) ｋ3 = 気相または表面反応に対する化学反応速度定数 ｋ4 = 表面反応に対する物理吸着速度定数(physisorpti
on rate constant )、または気相生成物に対する物理吸
着速度定数 ＭＮ(g,s) = 気相または固体物質 Ｒ* =反応性または活性化された気体種 ＭＲ(g,s) = 堆積成分１ ＮＲ(g,s) = 堆積成分２ まず、プラズマ中の１種または複数種の気体Ｒから、遊
離基あるいは反応性または活性化された堆積種Ｒ*の発
生が形成される。１種または複数種の気体Ｒからの反応
性または活性化された堆積種Ｒ*の発生は、ｋ1によって
示された速度で行われる。反応性または活性化された堆
積種は遊離基、イオン、または中性(neutral)である。
これらの反応性または活性化された堆積種Ｒ*は、反応
が正しく継続するために、プラズマの中で連続的に置換
または形成される。反応性または活性化された気体種Ｒ
*がプラズマの中で連続的に形成されないと、反応は不
足し(staved)最終的に停止してしまう。
nt ) ｋ2 = 気相反応に対する拡散速度定数、または表面反応
に対する結合拡散／化学吸着速度定数(chemisorption r
ate constant) ｋ3 = 気相または表面反応に対する化学反応速度定数 ｋ4 = 表面反応に対する物理吸着速度定数(physisorpti
on rate constant )、または気相生成物に対する物理吸
着速度定数 ＭＮ(g,s) = 気相または固体物質 Ｒ* =反応性または活性化された気体種 ＭＲ(g,s) = 堆積成分１ ＮＲ(g,s) = 堆積成分２ まず、プラズマ中の１種または複数種の気体Ｒから、遊
離基あるいは反応性または活性化された堆積種Ｒ*の発
生が形成される。１種または複数種の気体Ｒからの反応
性または活性化された堆積種Ｒ*の発生は、ｋ1によって
示された速度で行われる。反応性または活性化された堆
積種は遊離基、イオン、または中性(neutral)である。
これらの反応性または活性化された堆積種Ｒ*は、反応
が正しく継続するために、プラズマの中で連続的に置換
または形成される。反応性または活性化された気体種Ｒ
*がプラズマの中で連続的に形成されないと、反応は不
足し(staved)最終的に停止してしまう。
【００２２】第２に、反応性または活性化された種Ｒ*
はプラズマから、それが堆積される物質の表面まで移動
する。これが生じる速度は速度定数ｋ2の一部として含
まれている。
はプラズマから、それが堆積される物質の表面まで移動
する。これが生じる速度は速度定数ｋ2の一部として含
まれている。
【００２３】第３に、一旦堆積種Ｒ*が表面(sur)に拡散
されたなら、それらを表面ＭＮ上に化学吸着(chemisor
b)させることができる。化学吸着は結合エネルギであ
り、通常新たな結合の形成に導くものである。また、化
学吸着も速度定数ｋ2の一部である。先に示した一般的
な式に現れる固体表面(solid surface)ＭＮはいずれか
の適した物質とすることができる。しかしながら、本発
明では、チタン(Ti)、タングステン(W)、ゼラニウム(G
e)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、錫(Sn)、または
（Ｗ９５％／Ｔｉ５％）の成分を有する錫タングステン
(TiW)のようなこれらの合金といった、金属または半導
体を極微量(trace amount)、反応化学(reactive chemis
try)に供することにより、結晶種ＥＥＦ１１６を入れ(s
eed)、基板１０２上で堆積を開始させる。チタン(Ti)、
タングステン(W)、ゼラニウム(Ge)、ガリウム(Ga)、イ
ンジウム(In)、錫(Sn)のような材料、または（Ｗ９５％
／Ｔｉ５％）の成分を有する錫タングステン(TiW)のよ
うなこれらの合金で作られた層１１５をプラズマに晒す
ことによって、プラズマ内または基板１０２上のいずれ
かで四面体配座化合物(tetrahedral conformational co
mpound)の形成を開始させ(initiate)、電子放出膜１１
６の堆積を促進する。四面体化合物 はプラズマまたは
基板１０２のいずれかに結晶種を入れ、分離(disjoint)
即ち電子放出膜１１６を形成する炭素のｓｐ３結合特性
を有する小領域を促進することによって、最上部の電子
放出膜１１６を生成する。
されたなら、それらを表面ＭＮ上に化学吸着(chemisor
b)させることができる。化学吸着は結合エネルギであ
り、通常新たな結合の形成に導くものである。また、化
学吸着も速度定数ｋ2の一部である。先に示した一般的
な式に現れる固体表面(solid surface)ＭＮはいずれか
の適した物質とすることができる。しかしながら、本発
明では、チタン(Ti)、タングステン(W)、ゼラニウム(G
e)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、錫(Sn)、または
（Ｗ９５％／Ｔｉ５％）の成分を有する錫タングステン
(TiW)のようなこれらの合金といった、金属または半導
体を極微量(trace amount)、反応化学(reactive chemis
try)に供することにより、結晶種ＥＥＦ１１６を入れ(s
eed)、基板１０２上で堆積を開始させる。チタン(Ti)、
タングステン(W)、ゼラニウム(Ge)、ガリウム(Ga)、イ
ンジウム(In)、錫(Sn)のような材料、または（Ｗ９５％
／Ｔｉ５％）の成分を有する錫タングステン(TiW)のよ
うなこれらの合金で作られた層１１５をプラズマに晒す
ことによって、プラズマ内または基板１０２上のいずれ
かで四面体配座化合物(tetrahedral conformational co
mpound)の形成を開始させ(initiate)、電子放出膜１１
６の堆積を促進する。四面体化合物 はプラズマまたは
基板１０２のいずれかに結晶種を入れ、分離(disjoint)
即ち電子放出膜１１６を形成する炭素のｓｐ３結合特性
を有する小領域を促進することによって、最上部の電子
放出膜１１６を生成する。
【００２４】第４に、化学吸着された堆積種Ｒ*と固体
物質ＭＮとの間で化学反応が起こる。これが起こる速度
は、化学反応速度定数ｋ3によって記述される。化学結
合が変化して堆積生成物を形成するのはこの時点であ
る。
物質ＭＮとの間で化学反応が起こる。これが起こる速度
は、化学反応速度定数ｋ3によって記述される。化学結
合が変化して堆積生成物を形成するのはこの時点であ
る。
【００２５】第５に、堆積生成物ＭＲおよびＮＲが完全
に形成され、化学反応の最終結果となる。これらの堆積
生成物は物理吸着力(adp)によって、表面に密接して保
持される。この物理吸着力は定数ｋ4で記述される。物
理吸着力は、ファン・デル・ヴァール力(van der Waals
forces)のような、２つの物体間の電気的相互作用によ
って発生する効果である。
に形成され、化学反応の最終結果となる。これらの堆積
生成物は物理吸着力(adp)によって、表面に密接して保
持される。この物理吸着力は定数ｋ4で記述される。物
理吸着力は、ファン・デル・ヴァール力(van der Waals
forces)のような、２つの物体間の電気的相互作用によ
って発生する効果である。
【００２６】反応速度定数ｋ2，ｋ3は、堆積種Ｒ*と固
体物質ＭＮとの初期接触、ならびに堆積生成物ＭＲ，Ｎ
Ｒの間の化学的遷移状態である。これらの遷移状態は非
常に素早く発生し、測定は非常に難しい。
体物質ＭＮとの初期接触、ならびに堆積生成物ＭＲ，Ｎ
Ｒの間の化学的遷移状態である。これらの遷移状態は非
常に素早く発生し、測定は非常に難しい。
【００２７】一例として、基板１０２をシリコン、層１
１５を厚さが１，５００オングストロームでストリップ
状パターンのTiWの化合物とし、その上に厚さ５０オン
グストロームのガリウムを堆積し、基板を平行板プラズ
マ反応器１０１の陰極１０４上に配置した。陰極１０４
および反応室の壁の温度をそれぞれ２０．０℃および３
５．０℃に制御した。メタン、水素、およびアルゴン・
ガスを、堆積流量制御器を介して反応室１０３に、それ
ぞれ毎分６、２０、および１２標準立方センチメートル
（ｓｃｃｍ）の速度で流し込んだ。圧力は３０．０mill
itorrに制御した。かかる条件で、３００．０ワットの
ＲＦ電力、１３．５６ＭＨｚの周波数でプラズマが発生
し、反応室内の圧力は１８．０millitorrに減少し、そ
の結果ＤＣバイアスは−５２５ボルトとなった。ある時
間期間の後、基板１０２上に電子放出膜１１６堆積され
た。最上の電子放出特性を有すると共に堆積が均一な電
子放出膜１１６が基板１０２上に堆積された。このよう
に、価格効率が高く、しかも高い品質に製造可能な電子
放出膜１１６を作成することができる。
１５を厚さが１，５００オングストロームでストリップ
状パターンのTiWの化合物とし、その上に厚さ５０オン
グストロームのガリウムを堆積し、基板を平行板プラズ
マ反応器１０１の陰極１０４上に配置した。陰極１０４
および反応室の壁の温度をそれぞれ２０．０℃および３
５．０℃に制御した。メタン、水素、およびアルゴン・
ガスを、堆積流量制御器を介して反応室１０３に、それ
ぞれ毎分６、２０、および１２標準立方センチメートル
（ｓｃｃｍ）の速度で流し込んだ。圧力は３０．０mill
itorrに制御した。かかる条件で、３００．０ワットの
ＲＦ電力、１３．５６ＭＨｚの周波数でプラズマが発生
し、反応室内の圧力は１８．０millitorrに減少し、そ
の結果ＤＣバイアスは−５２５ボルトとなった。ある時
間期間の後、基板１０２上に電子放出膜１１６堆積され
た。最上の電子放出特性を有すると共に堆積が均一な電
子放出膜１１６が基板１０２上に堆積された。このよう
に、価格効率が高く、しかも高い品質に製造可能な電子
放出膜１１６を作成することができる。
【００２８】以上のように、本発明によれば、簡単で、
信頼性が高く、コストも低い電子放出膜の製造方法が提
供される。本発明は、電子素子に適した、信頼性の高い
電子放出膜を提供する。本発明は、従来のプラズマ反応
器を用いるので製造コストを低減させ、更に電子放出膜
を他の電子膜と一体化させることができる。
信頼性が高く、コストも低い電子放出膜の製造方法が提
供される。本発明は、電子素子に適した、信頼性の高い
電子放出膜を提供する。本発明は、従来のプラズマ反応
器を用いるので製造コストを低減させ、更に電子放出膜
を他の電子膜と一体化させることができる。
【図１】基板を配置したプラズマ反応器を示す簡略構成
図。
図。
１０２ 基板 １０３ 反応室 １０４ 陰極および／またはサセプタ １０６ 陽極 １０７ ＲＦ電源 １０８ 遮断用コンデンサ １１１ ガス注入口 １１２ 電気接続部 １１４ ガス １１５ 層または膜 １１６ ＥＥＦ
Claims (6)
- 【請求項１】電子放出膜（１１６）を作成する方法であ
って：基板（１０２）を用意する段階；反応室（１０
３）を有するプラズマ反応器（１０１）を用意し、前記
反応室（１０３）はある温度とある圧力とを有し、前記
温度および前記圧力は所望の温度および所望の圧力に調
節可能に制御される前記プラズマ反応器を用意する段
階；前記基板（１０２）を前記反応室（１０３）内に配
置する段階；炭化水素ガスを含むガスを前記反応室（１
０３）内に流し込む段階；前記プラズマ反応器（１０
１）内でプラズマを着火する段階；前記プラズマ反応器
（１０１）において四面体状化合物を形成する段階；お
よび前記基板（１０２）上に電子放出膜（１１６）を堆
積する段階；から成ることを特徴とする方法。 - 【請求項２】前記反応室（１０３）を用意する段階にお
いて、前記反応室（１０３）は平行板反応室（１０３）
であることを特徴とする、請求項１記載の電子放出膜
（１１６）を作成する方法。 - 【請求項３】前記基板（１０２）を用意する段階におい
て、前記基板（１０２）は誘電体であることを特徴とす
る、請求項１記載の電子放出膜（１１６）を作成する方
法。 - 【請求項４】電子放出物質（１１６）を作成する方法で
あって：基板（１０２）を用意する段階；反応室（１０
３）を有するプラズマ化学蒸着システム用意し、前記反
応室（１０３）内に前記基板（１０２）を保持するため
のサセプタ（１０４）と、前記基板（１０２）を１０．
０ないし８０．０℃の範囲の所望温度に調節する温度制
御システムと、前記反応室を１０．０millitorrないし
１００．０millitorrの範囲の所望圧力に調整する圧力
制御システムとを有する、前記プラズマ化学蒸着システ
ムを用意する段階；前記基板（１０２）を前記反応室
（１０３）のサセプタ（１０４）上に配置する段階；前
記反応室（１０３）内に、炭化水素ガス、水素ガス、お
よびアルゴン・ガスを流し込む段階；前記プラズマ化学
蒸着システムの反応室（１０３）内にプラズマを発生さ
せ、前記反応室（１０３）および前記基板（１０２）に
結晶種を入れる四面体状化合物を形成する段階；および
前記基板（１０２）上に電子放出膜（１１６）を堆積す
る段階；から成ることを特徴とする方法。 - 【請求項５】電子放出物質（１１６）を作成する方法で
あって：表面と、その上に接着された層（１１５）とを
有する基板（１０２）を用意する段階；反応室（１０
３）を有するプラズマ化学蒸着システムを用意し、前記
反応室（１０３）内に前記基板（１０２）を保持するた
めのサセプタ（１０４）と、前記基板（１０２）を１
０．０ないし８０．０℃の範囲の所望温度に調節する温
度制御システムと、前記反応室（１０３）を１０．０mi
llitorrないし１００．０millitorrの範囲の所望圧力に
調整する圧力制御システムとを有する、前記プラズマ化
学蒸着システムを用意する段階；前記プラズマ化学蒸着
システムの反応室（１０３）内に前記基板（１０２）を
配置する段階；前記反応室（１０３）内に炭化水素ガス
を流し込む段階；前記プラズマ化学蒸着システムの反応
室（１０３）内にプラズマを発生する段階；前記基板
（１０２）の表面上の層（１１５）から四面体配座化合
物を誘発し、前記基板（１０２）の表面に結晶種を入れ
る段階；および前記基板（１０２）上に電子放出物質
（１１６）を堆積する段階；から成ることを特徴とする
方法。 - 【請求項６】電子放出膜であって：表面を有する基板
（１０２）；および前記基板（１０２）上に配され、ｓ
ｐ３結合を備えた炭素の分離小領域を有する電子放出膜
（１１６）；から成ることを特徴とする電子放出膜。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US317061 | 1994-10-03 | ||
| US08/317,061 US5439753A (en) | 1994-10-03 | 1994-10-03 | Electron emissive film |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08143393A true JPH08143393A (ja) | 1996-06-04 |
Family
ID=23231938
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7272054A Pending JPH08143393A (ja) | 1994-10-03 | 1995-09-27 | 電子放出膜およびその作成方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5439753A (ja) |
| EP (1) | EP0705915B1 (ja) |
| JP (1) | JPH08143393A (ja) |
| KR (1) | KR100371629B1 (ja) |
| DE (1) | DE69520085T2 (ja) |
| EG (1) | EG20617A (ja) |
| TW (1) | TW343393B (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5648699A (en) * | 1995-11-09 | 1997-07-15 | Lucent Technologies Inc. | Field emission devices employing improved emitters on metal foil and methods for making such devices |
| US6132278A (en) | 1996-06-25 | 2000-10-17 | Vanderbilt University | Mold method for forming vacuum field emitters and method for forming diamond emitters |
| US5821680A (en) * | 1996-10-17 | 1998-10-13 | Sandia Corporation | Multi-layer carbon-based coatings for field emission |
| US6181055B1 (en) | 1998-10-12 | 2001-01-30 | Extreme Devices, Inc. | Multilayer carbon-based field emission electron device for high current density applications |
| US6447851B1 (en) * | 1999-07-14 | 2002-09-10 | The University Of Chicago | Field emission from bias-grown diamond thin films in a microwave plasma |
| AU2000278552A1 (en) * | 2000-10-04 | 2002-04-15 | Extreme Devices Incorporated | Carbon-based field emission electron device for high current density applications |
| US6624578B2 (en) * | 2001-06-04 | 2003-09-23 | Extreme Devices Incorporated | Cathode ray tube having multiple field emission cathodes |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6389665A (ja) * | 1986-10-01 | 1988-04-20 | Canon Inc | ダイヤモンド状炭素膜の合成法 |
| JPH0623430B2 (ja) * | 1987-07-13 | 1994-03-30 | 株式会社半導体エネルギ−研究所 | 炭素作製方法 |
| JPH03291379A (ja) * | 1990-04-10 | 1991-12-20 | Citizen Watch Co Ltd | カーボン硬質膜の積層構造 |
| US5619092A (en) | 1993-02-01 | 1997-04-08 | Motorola | Enhanced electron emitter |
-
1994
- 1994-10-03 US US08/317,061 patent/US5439753A/en not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-07-25 TW TW084107707A patent/TW343393B/zh active
- 1995-09-11 EP EP95114225A patent/EP0705915B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-09-11 DE DE69520085T patent/DE69520085T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1995-09-27 JP JP7272054A patent/JPH08143393A/ja active Pending
- 1995-10-02 EG EG81695A patent/EG20617A/xx active
- 1995-10-02 KR KR1019950034082A patent/KR100371629B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
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|---|---|
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| KR960015656A (ko) | 1996-05-22 |
| DE69520085T2 (de) | 2001-07-19 |
| DE69520085D1 (de) | 2001-03-22 |
| KR100371629B1 (ko) | 2003-03-26 |
| TW343393B (en) | 1998-10-21 |
| EP0705915A1 (en) | 1996-04-10 |
| US5439753A (en) | 1995-08-08 |
| EG20617A (en) | 1999-09-30 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050308 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060418 |
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| A02 | Decision of refusal |
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