JPH11273551A - 窒化ホウ素を用いた電子放出素子及びその製造方法 - Google Patents
窒化ホウ素を用いた電子放出素子及びその製造方法Info
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- JPH11273551A JPH11273551A JP7405898A JP7405898A JPH11273551A JP H11273551 A JPH11273551 A JP H11273551A JP 7405898 A JP7405898 A JP 7405898A JP 7405898 A JP7405898 A JP 7405898A JP H11273551 A JPH11273551 A JP H11273551A
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- Japan
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- boron nitride
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- electric field
- emitting device
- boron
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電界放出により電子を放出する電子放出素子
であって、低電界下で効率の良い電子の放出を起こすこ
とができ、しかも簡略な製法によって作製することが可
能な電子放出素子を提供する。 【解決手段】 窒化ホウ素ナノチューブ（ナノチューブ
構造の窒化ホウ素）を電子源とする電子放出素子とす
る。この場合、電界印加素子又は電界印加部に形成され
た窒化ホウ素ナノチューブの内の最適先端形状のものか
ら電界放出が起こる。この最適先端形状の窒化ホウ素ナ
ノチューブは、尖った先端を持つ窒化ホウ素ナノチュー
ブである。上記尖った先端を持つ窒化ホウ素ナノチュー
ブは、その先端にホウ素（１又は２）−ホウ素結合及び
／又は窒素（２又は１）−窒素結合を有する。
であって、低電界下で効率の良い電子の放出を起こすこ
とができ、しかも簡略な製法によって作製することが可
能な電子放出素子を提供する。 【解決手段】 窒化ホウ素ナノチューブ（ナノチューブ
構造の窒化ホウ素）を電子源とする電子放出素子とす
る。この場合、電界印加素子又は電界印加部に形成され
た窒化ホウ素ナノチューブの内の最適先端形状のものか
ら電界放出が起こる。この最適先端形状の窒化ホウ素ナ
ノチューブは、尖った先端を持つ窒化ホウ素ナノチュー
ブである。上記尖った先端を持つ窒化ホウ素ナノチュー
ブは、その先端にホウ素（１又は２）−ホウ素結合及び
／又は窒素（２又は１）−窒素結合を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界放出により電
子を放出する電子放出素子に関し、さらに詳述すると、
窒化ホウ素を電子源に用いた電子放出素子に関する。
子を放出する電子放出素子に関し、さらに詳述すると、
窒化ホウ素を電子源に用いた電子放出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ダイヤモンドあるいは窒化ホウ素
（ＢＮ）などを利用した電界放出技術が進歩しつつあ
る。例えば、チタン硼化物の針を用いた電界放出型イオ
ン源（特開平３−２３３８２６及び特開昭６０−１７１
７）や、窒化ホウ素から電界放出をするもの（文献：J.
Appl.Phys.82(10),p5148,'97及びAppl.Phys.Lett.71(1
8),p2704,'97）がある。これらは、被覆（あるいは固
溶）しているワイドギャップ物質の化学的安定性から、
寿命の長い電界放出素子として期待されている。
（ＢＮ）などを利用した電界放出技術が進歩しつつあ
る。例えば、チタン硼化物の針を用いた電界放出型イオ
ン源（特開平３−２３３８２６及び特開昭６０−１７１
７）や、窒化ホウ素から電界放出をするもの（文献：J.
Appl.Phys.82(10),p5148,'97及びAppl.Phys.Lett.71(1
8),p2704,'97）がある。これらは、被覆（あるいは固
溶）しているワイドギャップ物質の化学的安定性から、
寿命の長い電界放出素子として期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、ワイドギャップ
物質を用いて低電界で高効率の電子の放出を起こすに
は、それらのワイドギャップ物質を金属に被覆（あるい
は固溶）したり（特開平３−２３３８２６及び特開昭６
０−１７１７）、不純物をドープしたダイヤモンドやシ
リコン基盤の上に成長させたり（文献：文献：J.Appl.P
hys.82(10),p5148,'97）、ワイドギャップ物質内に不純
物をドーピングしたり（文献：Appl.Phys.Lett.71(18),
p2704,'97）する必要があった。
物質を用いて低電界で高効率の電子の放出を起こすに
は、それらのワイドギャップ物質を金属に被覆（あるい
は固溶）したり（特開平３−２３３８２６及び特開昭６
０−１７１７）、不純物をドープしたダイヤモンドやシ
リコン基盤の上に成長させたり（文献：文献：J.Appl.P
hys.82(10),p5148,'97）、ワイドギャップ物質内に不純
物をドーピングしたり（文献：Appl.Phys.Lett.71(18),
p2704,'97）する必要があった。
【０００４】なぜなら、ワイドギャップ物質そのものの
電子準位が真空準位に比べて大変深いために、基盤に狭
いギャップの物質を使いそこから電子を供給するか、あ
るいは不純物によるギャップ中の準位を作り、その準位
から電子を放出しなければならないからである。そのた
め、従来は、低電界で高効率の電子の放出を起こす素子
を得るには、不純物ドーピングや、既存物質上へのコー
ティングなどの煩雑なプロセスが不可欠であり、上記の
ような電子放出素子を簡略な製法によって得ることは不
可能であった。
電子準位が真空準位に比べて大変深いために、基盤に狭
いギャップの物質を使いそこから電子を供給するか、あ
るいは不純物によるギャップ中の準位を作り、その準位
から電子を放出しなければならないからである。そのた
め、従来は、低電界で高効率の電子の放出を起こす素子
を得るには、不純物ドーピングや、既存物質上へのコー
ティングなどの煩雑なプロセスが不可欠であり、上記の
ような電子放出素子を簡略な製法によって得ることは不
可能であった。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、低電界下で効率の良い電子の放出を起こすことがで
き、しかも簡略な製法によって作製することが可能な電
子放出素子を提供することを目的とする。
で、低電界下で効率の良い電子の放出を起こすことがで
き、しかも簡略な製法によって作製することが可能な電
子放出素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記目的を
達成するために鋭意検討を行った結果、電界放出による
電子放出素子において、電子源に窒化ホウ素を用いると
ともに、その電子源の構造をナノチューブ構造とするこ
とにより、低電界で高効率の電子の放出を起こす電子放
出素子を簡略な製法によって得ることができることを知
見した。
達成するために鋭意検討を行った結果、電界放出による
電子放出素子において、電子源に窒化ホウ素を用いると
ともに、その電子源の構造をナノチューブ構造とするこ
とにより、低電界で高効率の電子の放出を起こす電子放
出素子を簡略な製法によって得ることができることを知
見した。
【０００７】したがって、本発明は、電界放出により電
子を放出する電子放出素子であって、窒化ホウ素ナノチ
ューブ（ナノチューブ構造の窒化ホウ素）を電子源とし
たことを特徴とする電子放出素子を提供する。また、本
発明は、電界放出により電子を放出する電子放出素子の
製造方法であって、電界印加素子又は電界印加部に窒化
ホウ素ナノチューブを生成させることを特徴とする電子
放出素子の製造方法を提供する。
子を放出する電子放出素子であって、窒化ホウ素ナノチ
ューブ（ナノチューブ構造の窒化ホウ素）を電子源とし
たことを特徴とする電子放出素子を提供する。また、本
発明は、電界放出により電子を放出する電子放出素子の
製造方法であって、電界印加素子又は電界印加部に窒化
ホウ素ナノチューブを生成させることを特徴とする電子
放出素子の製造方法を提供する。
【０００８】窒化ホウ素ナノチューブ（以下、ＢＮナノ
チューブという）の圧倒的大部分はホウ素−窒素結合で
構成されているが、尖った先端を持つＢＮナノチューブ
は、先端にホウ素−ホウ素結合及び／又は窒素−窒素結
合を有している。その化学結合状態を見てみると、これ
らのホウ素−ホウ素結合、窒素−窒素結合は、チューブ
の形を維持するほどに強く、先端付近の崩壊は抑止され
ている。そして、上記ＢＮナノチューブでは、その先端
において、窒化ホウ素本体のバンドギャップ中に、ホウ
素−ホウ素結合、窒素−窒素結合から供給される電子の
エネルギー準位が存在しており、この準位へまずＢＮナ
ノチューブ本体から電子が移動し、電界集中の起きてい
る先端からの電界放出が可能となる。
チューブという）の圧倒的大部分はホウ素−窒素結合で
構成されているが、尖った先端を持つＢＮナノチューブ
は、先端にホウ素−ホウ素結合及び／又は窒素−窒素結
合を有している。その化学結合状態を見てみると、これ
らのホウ素−ホウ素結合、窒素−窒素結合は、チューブ
の形を維持するほどに強く、先端付近の崩壊は抑止され
ている。そして、上記ＢＮナノチューブでは、その先端
において、窒化ホウ素本体のバンドギャップ中に、ホウ
素−ホウ素結合、窒素−窒素結合から供給される電子の
エネルギー準位が存在しており、この準位へまずＢＮナ
ノチューブ本体から電子が移動し、電界集中の起きてい
る先端からの電界放出が可能となる。
【０００９】したがって、本発明では、基板やドーパン
トに頼ることなく、ＢＮナノチューブの尖った先端を電
子放出素子として使うことにより、低電界で高効率の電
子の放出を起こすことが可能となる。この場合、ＢＮナ
ノチューブの先端にのみ、窒化ホウ素本来のバンドギャ
ップ中には無い新たな電子準位が存在するので、電界集
中の効果と併せて、効率の良い電子の放出が可能とな
る。そのため、それらの物質を例えばシリコン基盤の上
に成長させたり、ワイドギャップ物質内に不純物をドー
ピングしたりするといった煩雑なプロセスが不要にな
る。その結果、本発明によれば、不純物ドーピングや、
既存物質上へのコーティングなどの煩雑なプロセスを必
要とせずに、低電界下で効率の良い電子の放出を起こす
ことができる電子放出素子を簡略な製法で得ることがで
きる。
トに頼ることなく、ＢＮナノチューブの尖った先端を電
子放出素子として使うことにより、低電界で高効率の電
子の放出を起こすことが可能となる。この場合、ＢＮナ
ノチューブの先端にのみ、窒化ホウ素本来のバンドギャ
ップ中には無い新たな電子準位が存在するので、電界集
中の効果と併せて、効率の良い電子の放出が可能とな
る。そのため、それらの物質を例えばシリコン基盤の上
に成長させたり、ワイドギャップ物質内に不純物をドー
ピングしたりするといった煩雑なプロセスが不要にな
る。その結果、本発明によれば、不純物ドーピングや、
既存物質上へのコーティングなどの煩雑なプロセスを必
要とせずに、低電界下で効率の良い電子の放出を起こす
ことができる電子放出素子を簡略な製法で得ることがで
きる。
【００１０】以上のように、本発明は、電界印加素子又
は電界印加部に形成されたＢＮナノチューブの内の最適
先端形状のものから電界放出が起こる現象を利用するも
のである。
は電界印加部に形成されたＢＮナノチューブの内の最適
先端形状のものから電界放出が起こる現象を利用するも
のである。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態例を図面
を参照して説明するが、本発明は下記例に限定されるも
のではない。図３は、本発明の一実施形態例に係る電子
放出素子の電界印加部の一例を示す模式図である。本例
の電子放出素子は、基盤５上にＢＮナノチューブ３，４
を生成させたものである。図中３は先端が尖ったＢＮナ
ノチューブ、４は先端が尖っておらず、角形をなしてい
るＢＮナノチューブを示す。また、上記基盤５は、電界
放出の際のカソード電極として機能する。
を参照して説明するが、本発明は下記例に限定されるも
のではない。図３は、本発明の一実施形態例に係る電子
放出素子の電界印加部の一例を示す模式図である。本例
の電子放出素子は、基盤５上にＢＮナノチューブ３，４
を生成させたものである。図中３は先端が尖ったＢＮナ
ノチューブ、４は先端が尖っておらず、角形をなしてい
るＢＮナノチューブを示す。また、上記基盤５は、電界
放出の際のカソード電極として機能する。
【００１２】図２は先端の尖ったＢＮナノチューブの先
端の模式図、図１は同先端の模式的展開図である。図１
において符号１で示す原子同士を結合させ、この平面構
造を閉じると、図２のような尖ったナノチューブ構造と
なる。符号１で示す原子は、符号２で示す原子とは異な
る種類の原子である。この場合、１がホウ素（Ｂ）であ
れば２は窒素（Ｎ）となり、１が窒素（Ｎ）であれば２
はホウ素（Ｂ）となる。
端の模式図、図１は同先端の模式的展開図である。図１
において符号１で示す原子同士を結合させ、この平面構
造を閉じると、図２のような尖ったナノチューブ構造と
なる。符号１で示す原子は、符号２で示す原子とは異な
る種類の原子である。この場合、１がホウ素（Ｂ）であ
れば２は窒素（Ｎ）となり、１が窒素（Ｎ）であれば２
はホウ素（Ｂ）となる。
【００１３】本例の電子放出素子は、ＢＮナノチューブ
３，４の生成基盤となった電極５の部分に電界を加える
と、先端の尖ったＢＮナノチューブ３からの電子放出が
得られる。この場合、尖ったＢＮナノチューブ３の先端
で電界集中を起こしているために、低電界下で効率の良
い電子の放出が起こる。
３，４の生成基盤となった電極５の部分に電界を加える
と、先端の尖ったＢＮナノチューブ３からの電子放出が
得られる。この場合、尖ったＢＮナノチューブ３の先端
で電界集中を起こしているために、低電界下で効率の良
い電子の放出が起こる。
【００１４】
【実施例】従来報告されているのと同様な方法（文献：
A.Loiseau,F.Willaime,N.Demoncy,G.Hug,and H.Pascar
d,Phys.Rev.Lett.Vol.76(25),4737(1996).）により、電
界放出により電子を放出する電子放出素子の電界印加部
にＢＮナノチューブを生成させた。具体的には、ＨfＢ2
の棒状の試料を電極に付け、それをカソード側にして、
７００ＭｂａｒのＮ2分圧下でアーク放電を行った。電
圧及び電流は、それぞれ２０〜４０Ｖ及び６０Ａで行っ
た。これにより、アノード電極側にＢＮナノチューブが
生成した。
A.Loiseau,F.Willaime,N.Demoncy,G.Hug,and H.Pascar
d,Phys.Rev.Lett.Vol.76(25),4737(1996).）により、電
界放出により電子を放出する電子放出素子の電界印加部
にＢＮナノチューブを生成させた。具体的には、ＨfＢ2
の棒状の試料を電極に付け、それをカソード側にして、
７００ＭｂａｒのＮ2分圧下でアーク放電を行った。電
圧及び電流は、それぞれ２０〜４０Ｖ及び６０Ａで行っ
た。これにより、アノード電極側にＢＮナノチューブが
生成した。
【００１５】ＢＮナノチューブの直径は、小さいもので
２ｎｍであった。また、生成したＢＮナノチューブの中
には、先端の尖ったものが５％程度混ざっていた。この
ＢＮナノチューブを生成した電極に高電界を加えたとこ
ろ、先端の尖ったＢＮナノチューブからの電子放出が得
られた。この場合、ＢＮナノチューブの先端で電界集中
を起こしているために、印加電界の１００倍程度の有効
な電界がチューブ先端に加わっていた。具体的には、例
えば印加電圧を１０Ｖとしたときに、２×１０ -4Ａ以上
の電流を安定に取り出すことができた。
２ｎｍであった。また、生成したＢＮナノチューブの中
には、先端の尖ったものが５％程度混ざっていた。この
ＢＮナノチューブを生成した電極に高電界を加えたとこ
ろ、先端の尖ったＢＮナノチューブからの電子放出が得
られた。この場合、ＢＮナノチューブの先端で電界集中
を起こしているために、印加電界の１００倍程度の有効
な電界がチューブ先端に加わっていた。具体的には、例
えば印加電圧を１０Ｖとしたときに、２×１０ -4Ａ以上
の電流を安定に取り出すことができた。
【００１６】
【発明の効果】本発明の電子放出素子は、電界放出によ
り電子を放出する電子放出素子であって、低電界下で効
率の良い電子の放出を起こすことができ、しかも簡略な
製法によって作製することが可能なものである。
り電子を放出する電子放出素子であって、低電界下で効
率の良い電子の放出を起こすことができ、しかも簡略な
製法によって作製することが可能なものである。
【図１】先端の尖ったＢＮナノチューブの先端の模式的
展開図である。
展開図である。
【図２】先端の尖ったＢＮナノチューブの先端の模式図
である。
である。
【図３】本発明の一実施形態例に係る電子放出素子の電
界印加部の一例を示す模式図である。
界印加部の一例を示す模式図である。
１ 尖った先端を持つＢＮナノチューブに見られる同種
元素結合を起こしている原子。 ２ 原子１とは異種の原子。 ３ 先端の尖ったＢＮナノチューブ ４ 先端の尖っていないＢＮナノチューブ ５ ＢＮナノチューブの生成基盤（電界放出の際のカソ
ード電極）
元素結合を起こしている原子。 ２ 原子１とは異種の原子。 ３ 先端の尖ったＢＮナノチューブ ４ 先端の尖っていないＢＮナノチューブ ５ ＢＮナノチューブの生成基盤（電界放出の際のカソ
ード電極）
Claims (6)
- 【請求項１】 電界放出により電子を放出する電子放出
素子であって、窒化ホウ素ナノチューブを電子源とした
ことを特徴とする電子放出素子。 - 【請求項２】 電界印加素子又は電界印加部に形成され
た窒化ホウ素ナノチューブの内の最適先端形状のものか
ら電界放出が起こる請求項１に記載の電子放出素子。 - 【請求項３】 最適先端形状の窒化ホウ素ナノチューブ
が、尖った先端を持つ窒化ホウ素ナノチューブである請
求項２に記載の電子放出素子。 - 【請求項４】 窒化ホウ素ナノチューブが先端にホウ素
−ホウ素結合を有する請求項３に記載の電子放出素子。 - 【請求項５】 窒化ホウ素ナノチューブが先端に窒素−
窒素結合を有する請求項３又は４に記載の電子放出素
子。 - 【請求項６】 電界放出により電子を放出する電子放出
素子の製造方法であって、電界印加素子又は電界印加部
に窒化ホウ素ナノチューブを生成させることを特徴とす
る電子放出素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7405898A JPH11273551A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 窒化ホウ素を用いた電子放出素子及びその製造方法 |
| EP99105053A EP0945884A1 (en) | 1998-03-23 | 1999-03-23 | Field emission device using a boron nitride nanotube electron source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7405898A JPH11273551A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 窒化ホウ素を用いた電子放出素子及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11273551A true JPH11273551A (ja) | 1999-10-08 |
Family
ID=13536225
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7405898A Pending JPH11273551A (ja) | 1998-03-23 | 1998-03-23 | 窒化ホウ素を用いた電子放出素子及びその製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0945884A1 (ja) |
| JP (1) | JPH11273551A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000173449A (ja) * | 1998-12-10 | 2000-06-23 | Showa Denko Kk | 電子放出素材 |
| WO2002097843A1 (fr) * | 2001-05-28 | 2002-12-05 | Kabushiki Kaisha Watanabe Shoko | Electrode, element d'emission d'electrons et dispositif d'utilisation correspondant |
| WO2006068287A1 (ja) * | 2004-12-22 | 2006-06-29 | National Institute For Materials Science | 窒化ホウ素薄膜エミッターとその製造方法、及び該窒化ホウ素薄膜エミッターを使用する電子放出方法 |
| KR100741096B1 (ko) * | 2005-12-12 | 2007-07-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 표시 장치 |
| JP2007240738A (ja) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Ricoh Co Ltd | 帯電装置、プロセスカートリッジ及び画像形成装置 |
Families Citing this family (5)
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|---|---|---|---|---|
| ES2153763B1 (es) * | 1998-12-17 | 2001-10-01 | Univ Valladolid | Nueva fuente de emision electronica constituida por nanoestructuras tubulares de nitruro de boro y su fabricacion. |
| US20020017854A1 (en) * | 1999-03-08 | 2002-02-14 | Paul Von Allmen | Electron emissive surface and method of use |
| FR2800365B1 (fr) * | 1999-10-28 | 2003-09-26 | Centre Nat Rech Scient | Procede d'obtention de nanostructures a partir de composes ayant une forme cristalline hexagonale |
| US6928042B2 (en) * | 2001-07-06 | 2005-08-09 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Data storage device including nanotube electron sources |
| JP3783057B2 (ja) * | 2003-08-29 | 2006-06-07 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 電界電子放出特性を利する自己造形的表面形状を有するｓｐ３結合性窒化ホウ素薄膜とその製造方法及びその用途 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4405768A1 (de) * | 1994-02-23 | 1995-08-24 | Till Keesmann | Feldemissionskathodeneinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| US6057637A (en) * | 1996-09-13 | 2000-05-02 | The Regents Of The University Of California | Field emission electron source |
-
1998
- 1998-03-23 JP JP7405898A patent/JPH11273551A/ja active Pending
-
1999
- 1999-03-23 EP EP99105053A patent/EP0945884A1/en not_active Withdrawn
Cited By (8)
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| WO2002097843A1 (fr) * | 2001-05-28 | 2002-12-05 | Kabushiki Kaisha Watanabe Shoko | Electrode, element d'emission d'electrons et dispositif d'utilisation correspondant |
| WO2006068287A1 (ja) * | 2004-12-22 | 2006-06-29 | National Institute For Materials Science | 窒化ホウ素薄膜エミッターとその製造方法、及び該窒化ホウ素薄膜エミッターを使用する電子放出方法 |
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| JP4677629B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2011-04-27 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | 窒化ホウ素膜表面に先端の尖った結晶が自己相似性フラクタル模様を呈して電子放出に適った密度で二次元分布してなる窒化ホウ素薄膜エミッターとその製造方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0945884A1 (en) | 1999-09-29 |
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