(57)【要約】【課題】  複雑な製造工程を経ることなく、高耐久性と高信頼性及び低いゲート電圧を有する電子放出素子を安価、かつ、安定に提供する。【解決手段】  四角錐構造の部位を有する金属製の支持基板上に、メッキ層、絶縁膜層及び金属膜層を有し、四角錐構造の部位に一部をメッキ層に埋設させたカーボンナノチューブを設け、四角錐構造の部位周辺は、前記絶縁膜層及び金属膜層が存在しない開口部となっている電子放出素子。【選択図】        図４
2006080021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角錐構造の部位を有する支持基板上に、メッキ層、絶縁膜層及び金属膜層を有する電子放出素子であって、
前記四角錐構造の先端部分に、一部がメッキ層に埋設され、前記先端部分の面の法線方向に配向したカーボンナノチューブを有し、
前記四角錐構造の部位周辺は、前記絶縁膜層及び金属膜層が存在しない開口部となっていることを特徴とする電子放出素子。
【請求項２】
前記電子放出素子を複数個、平面状に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】
前記支持基板は、厚さが０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載の電子放出素子の製造方法であって、
四角錐構造の凹部を有する型に、電鋳法を用いて金属製の支持基板を形成する工程と、
前記支持基板を前記型から分離する工程と、
前記分離された支持基板をカーボンナノチューブが分散したメッキ浴中で電気メッキする工程と、を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項５】
前記四角錐構造の凹部を有する型は、（１００）結晶面を有するシリコン基板に異方性エッチングを用いて作製されることを特徴とする請求項４に記載の電子放出素子の製造方法。
【請求項６】
前記金属製の支持基板を前記四角錐構造の凹部を有する型から剥離後、
前記金属製の支持基板に絶縁膜層及び金属膜層を積層し、
フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、前記絶縁膜層及び金属膜層に開口部を形成することを特徴とする請求項４または５に記載の電子放出素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型Ｘ線発生装置や、その他電子放出を利用する機器に用いられる電子放出素子、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線管は治療、レントゲン撮影、工業用の分析装置など様々な分野で利用されている。従来のＸ線管の電子放出素子としては、熱陰極管を用いたものがその主流をなしていたが、電子放出源にフィラメントを用いるため、電子放出源のサイズが大きくなり、結果として電子をターゲットに当ててＸ線を発生させるときに電子ビーム径（焦点径）を小さくできなかった。昨今では、乳がんを早期発見するためにＸ線マンモグラフィ検査の導入の必要性がたびたび議論されているが、Ｘ線マンモグラフィに使用されるＸ線発生装置としては高分解能の画像を得るために０．１ｍｍ以下の焦点径サイズが必要とされている。Ｘ線は従来から診断用、治療用と多くの医療現場で使用されてきたが、熱陰極管を用いている限りはその大きさからＸ線マンモグラフィへの使用には限界があった。
【０００３】
以上の事情に鑑み、最近では熱電子放出源を持たない冷陰極を用いるＸ線管の開発が進められて来ている。これらは電子放出性に優れたカーボンナノチューブを用いるもの、突起を形成し、その先端部に電界を集中させて電子放出を行うもの（Ｓｐｉｎｄｔ型）などがある。
【０００４】
従来技術として、たとえば図６に示すように、一部に異方性エッチングにより凹部を形成した単結晶シリコン基板４１の型に、カーボンナノチューブまたはフラーレンを分散させたメッキ浴を用いて最初に無電解メッキを行い、次に電気メッキを行うことによりメッキ材料による突起部を形成し、その突起の先端部にカーボンナノチューブやフラーレン４４を固定化しようとするものがある。この技術はさらにメッキの突起部とは反対面にガラス基板４５を接着してメッキ部の支持基板とし、その後シリコン層を剥離することによって、支持基板上に固定された電子放出電極４３を得ようとするものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、図７に示すように、カーボンナノチューブ１０６を分散させたアルコール系の懸濁液１０７中に一対の並行平板電極を置き、並行平板に電圧を印加して電気泳動法により一方のＡｌ電極１０４上にカーボンナノチューブを移動させて配向させた状態で突き立てるという、電極上にカーボンナノチューブを配向させて立てる技術がある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００１−２８３７１６号公報
【特許文献２】特開２００１−２００９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の方法では、単結晶シリコンの型を用いて最初に無電解メッキを行うために、カーボンナノチューブの配列が無秩序になり、またカーボンナノチューブあるいはフラーレンのほとんどがメッキの金属材料中に埋まってしまうことになる。したがって、電子放出電極を単結晶シリコン基板の型から剥離した後に、電子放出電極の表面から突き出しているカーボンナノチューブあるいはフラーレンの部分はきわめて小さい。そのために、単結晶シリコン基板の型から剥離した電子放出電極に対し、カーボンナノチューブの一部がメッキの表面から十分突き出るまで、メッキ材料のエッチング処理を必要としている。
【０００７】
また、上述の方法では、電気メッキを行う前に電極となる下引き層（種層とも言う）を形成するため最初に無電解メッキを行うことが必須であり、電子放出電極の表面になる型に接する部分にカーボンナノチューブが無秩序に堆積されることは避けられない。
【０００８】
また、メッキ部の突起の反対側にガラス板を静電接着するとき、一般的にはメッキ内部の応力の作用でメッキ部の表面は平坦ではないため接着時の接着性が悪くなり、後の工程で酸化膜層やゲート電極層をスパッタリング処理するときに熱の影響で剥離してしまうという問題がある。加えて、メッキ層が薄いためにＸ線発生装置などエミッション電流の多い用途には適していないなどの問題がある。
【０００９】
また、特許文献２の電気泳動によりＡｌ電極上にカーボンナノチューブを突き立てる方法においては、いくら高電圧を印加して電気泳動を行ったとしても、カーボンナノチューブをＡｌ電極表面に十分強固に突き立てられるものではなく、後に続く製造工程で一部のカーボンナノチューブが脱離したり、電極完成後に電子放出素子として用いた場合にも電界によりカーボンナノチューブが脱離する等の信頼性や寿命上の問題が生じる。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電極上にカーボンチューブを電界の方向に配向させて強固に突き立たせ、高耐久性と高信頼性及び低いゲート電圧を有する電子放出素子を複雑な製造工程を経ることなく安価に安定して提供できるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明者は以下に記載のいずれかの構成を有する電子放出素子を見出した。
【００１２】
１．四角錐構造の部位を有する支持基板上に、メッキ層、絶縁膜層及び金属膜層を有する電子放出素子であって、
前記四角錐構造の先端部分に、一部がメッキ層に埋設され、前記先端部分の面の法線方向に配向したカーボンナノチューブを有し、
前記四角錐構造の部位周辺は、前記絶縁膜層及び金属膜層が存在しない開口部となっていることを特徴とする電子放出素子。
【００１３】
２．１において、前記電子放出素子を複数個、平面状に配置したことを特徴とする電子放出素子。
【００１４】
３．１または２において、前記支持基板は、厚さが０．３ｍｍ以上であることを特徴とする電子放出素子。
【００１５】
４．１、２または３に記載の電子放出素子の製造方法であって、
四角錐構造の凹部を有する型に、電鋳法を用いて金属製の支持基板を形成する工程と、
前記支持基板を前記型から分離する工程と、
前記分離された支持基板をカーボンナノチューブが分散したメッキ浴中で電気メッキする工程と、を有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【００１６】
５．４において、前記四角錐構造の凹部を有する型は、（１００）結晶面を有するシリコン基板に異方性エッチングを用いて作製されることを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【００１７】
６．４または５において、前記金属製の支持基板を前記四角錐構造の凹部を有する型から剥離後、前記金属製の支持基板に絶縁膜層及び金属膜層を積層し、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて、前記絶縁膜層及び金属膜層に開口部を形成することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１に係る発明によれば、支持基板の突起先端部分に集中して電界方向に配向したカーボンナノチューブを配置し、このカーボンナノチューブ群を電子放出源として用いることにより、ゲート印加電圧の非常に低い電子放出素子の実現が可能になるとともに、高エミッション電流でも安定に電子放出を行うことが可能になる。また、化学的に安定なカーボンナノチューブを電子放出源として用いることにより、残留ガスに対しても劣化の少ない、信頼性の高い電子放出素子とすることができる。
【００１９】
請求項２に係る発明によれば、上記電子放出素子を平面状に多数配置した構成により、カーボンナノチューブの化学的安定性と多数電子放出源の電子放出安定性により、フィラメントを用いた熱電子放出方式に比べてはるかに小型でありながらＸ線用電子放出素子として十分なエミッション電流を安定して得ることが可能になる。
【００２０】
請求項３に係る発明によれば、前記支持基板は十分な厚さに形成されているので、機械的な強度が十分得られ、前記支持基板に補強のために別の部材を張り合わせる必要がなくなるとともに、支持基板を電鋳により形成した後、型から剥離する工程では機械的な剥離が可能になり、従来のようにエッチングにより型を溶解する必要がなくなる。その結果、簡単な素子構造と簡単な製造工程により、安価に電子放出素子が製造できるようになる。また、支持基板が十分に厚いのでＸ線発生装置など大きなエミッション電流が必要な用途に対しても十分な電流が供給できるようになる。
【００２１】
請求項４に係る発明によれば、メッキ浴中に分散されたカーボンナノチューブに電界を掛けながら電気メッキを行うことにより、カーボンナノチューブは電界の方向に配向しながら支持基板の突起先端に集中し、メッキ材料によりその一部が確実に固定される。このため、ゲート電極形成など、それ以降の製造プロセスでもカーボンナノチューブが脱離することがない。また、素子完成後に電子放出素子として用いた場合でも印加された電界によってカーボンナノチューブが脱離することはない。
【００２２】
また、カーボンナノチューブを配向させて形成するために、従来のようにカーボンナノチューブを成長させるためのＣＶＤ装置などの高価な装置を用いる必要がなく、メッキ浴といった低コストな製造装置が使用できる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、底の形状が鋭い凹部をした窪みを再現性良く形成することができるので、量産に適した製造方法である。また、微細加工が可能であるので、平面状に前記四角錐構造の部位を複数配置する場合に、精度良く高密度に配置することが可能になり、小型で高エミッション電流が安定して得られる電子放出素子を容易に低コストで作製可能になる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、フォトリソグラフィ及びエッチングを用いて前記絶縁膜層及び金属膜層に開口部を形成するので、高精度で再現性の良い開口部を形成することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明に係る実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係る電子放出素子の一実施形態の断面図である。図１の２４は支持基板であり、例えばＮｉ等の金属で作製されるものである。３４はその表面の金属メッキ層で、材料は例えばＮｉなどが用いられる。２９は開口部３３を有した絶縁層でその上の金属膜層３０と金属メッキ層３４とを絶縁している。絶縁膜層２９は、厚さは例えば５μｍ程度であり、開口部３３の直径は例えば１０〜２０μｍ程度である。絶縁膜層２９は抵抗率が１０×１０12Ω・ｃｍ程度以上あれば良く、ＳｉＯ2膜、Ｓｉ3Ｎ4膜、ポリイミド膜などが使用できる。２５は高さが例えば５μｍ程度の突起である。２８は突起２５上に形成されたカーボンナノチューブ群である。カーボンナノチューブ群２８は、突起２５表面の法線方向に対して７０度〜１１０度の範囲の角度を有し、カーボンナノチューブ群２８全体の５０％程度以上のものが配向している。
【００２７】
金属メッキ層３４の厚さは、例えば１μｍ程度以下で、カーボンナノチューブ群２８の下端の一部を埋設して機械的に固定するとともに、カーボンナノチューブ群２８と支持基板２４とを電気的に接続している。金属膜層３０及び支持基板２４は、この電子放出素子を動作させる場合に、それぞれゲート電極、カソード電極となる。
【００２８】
次に、本発明に係る電子放出素子の製造方法についての実施形態例を図４、図５に基づいて説明する。
【００２９】
図４は、本発明の方法による電子放出素子の製造方法を説明した図である。以下、この図に従って電子放出素子の製造方法を説明する。
【００３０】
図４（Ａ）は（１００）結晶面のＳｉ基板２０の両面にＳｉＯ2膜２１を形成し、ＳｉＯ2膜２１にフォトリソグラフィ、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等を用いて一辺ａの正方形の開口部を形成したものの断面図である。ＳｉＯ2膜２１はスパッタリングまたは熱酸化などの方法で形成されたもので厚さは約０．５μｍである。
【００３１】
このＳｉ基板２０にエッチング溶液（ここではＫＯＨ溶液）中で異方性エッチングを施すと、Ｓｉ基板の結晶方位にしたがって開口部２５からエッチングが進行し、最終的にａを基底とする逆ピラミッド形状の凹部２２が形成される。その後、ＳｉＯ2膜２１をエッチングによって除去すると、図４（Ｂ）に示すＳｉ基板２０が得られる。
【００３２】
図４（Ｃ）は、前記のＳｉ基板２０にＮｉをスパッタリングすることにより０．５μｍの厚さのＮｉ膜による電鋳のための下引き層２３を形成したものである。下引き層２３を形成する材料は次の電鋳に用いられる金属と同じであることが望ましい。ここで、電鋳とは電気鋳造、エレクトロフォーミングとも呼ばれるもので、母型表面にメッキを行って所定厚の金属層（電着層ともいう）を形成し、形成された金属層を母型より剥離することにより金属層を製造する方法である。
【００３３】
この下引き層２３が形成されたＳｉ基板に対して電鋳を行う。すなわち、下引き層２３が形成されたＳｉ基板を回転させながら直流電流を長時間印加して、下引き層２３の上に電気メッキによりＮｉ層を堆積させる。直流電流を制御することにより電鋳時に発生する応力が制御されて、Ｎｉ層の粒状性や平面度を保つことができる。電鋳により、下引き層２３の上にＮｉ層を、たとえば１ｍｍ程度の厚みになるまで堆積させることが可能である。その後、機械的剥離、あるいはＳｉのエッチングによりＳｉ基板２０を除去し、図４（Ｄ）に示すような表面に突起２５を有する支持基板２４が得られる。
【００３４】
本発明では、電鋳により１ｍｍ程度の厚いＮｉ層を形成することが可能なのでＮｉ層自体に強度が得られ、従来技術のようにガラス板などの支持基板を貼り合わせるなどしてＮｉ層を補強する必要がない。また、機械的強度を有するのでＮｉ層を型から剥離する場合、従来のようにエッチングにより型を溶解することなく、機械的に剥離することが可能である。したがって、Ｎｉ層を補強するための部品点数や工程が削減され、製造工程の効率を上げることが可能である。
【００３５】
このように、本実施の形態では支持基板の厚さを１ｍｍとしたが、補強が不要な支持基板を得るためには、一般的には支持基板の厚さを少なくとも０．３ｍｍ以上とすることが望ましい。
【００３６】
次に、支持基板２４へのカーボンナノチューブの固定方法について説明する。
【００３７】
図４（Ｅ）は電気メッキによるカーボンナノチューブの固定プロセスを説明した図であるが、これについては図５を用いて以下に詳しく説明する。
【００３８】
図５で、３９は電気メッキシステムを示す。３８はメッキ槽であり、その中にカーボンナノチューブ４０を分散させた電気メッキ浴３６が満たされている。支持基板２４は平板電極３５と対向して平行に配置されており、支持基板２４と平板電極３５は電気メッキ用の直流電源３７に接続されて電気メッキが行われる。
【００３９】
カーボンナノチューブは、通常、電気メッキ浴３６中でばらばらな方向を向いているが、電源３７により電界を印加すると分極して、電気力線の方向に沿って配向しながら陰極側に移動し、その一端は金属メッキ層３４の中に埋設されて配向したまま固定される。
【００４０】
また、支持基板２４と平面電極３５とを平行に配置し、この間に直流電源３７により一定電圧を印加することにより、支持基板２４上の突起２５の先端部分に電気力線４が集中するので、カーボンナノチューブ４０は突起２５の先端に引き寄せられて、電気力線の方向（つまり突起の面の法線方向）に配向して集まることになる。このようにして突起２５の先端にカーボンナノチューブが配向した状態で集合し、カーボンナノチューブの一端が金属メッキ層３４に埋設されて、突起２５の先端部分に固定されたカーボンナノチューブ群２８が形成される。
【００４１】
このように、本発明では電気メッキ浴中にカーボンナノチューブを分散させることにより、電極への移動後にカーボンナノチューブの一端を確実にメッキ層により固定することができ、電極加工等の後工程でカーボンナノチューブが脱離することのない強固な固定を実現することができた。このような高耐久性を有するカーボンナノチューブの固定技術は、アルコール系溶剤に分散させたカーボンナノチューブを電気泳動により移動させて電極上に固定させていた従来技術の思想から見出すことができなかったものである。
【００４２】
なお、カーボンナノチューブの長さは数ミクロン程度であるので、上記のメッキ厚をあまり厚くしても、カーボンナノチューブがメッキ層に埋没してしまい無駄になってしまう。したがってメッキ層の厚さは１μｍ程度以下にしておくのが望ましい。
【００４３】
図４へもどって、図４（Ｆ）は上述のようにして作製した支持基板２４の図である。３４は金属メッキ層、２８は金属メッキ層３４に一端が埋設されたカーボンナノチューブ群で、突起２５の先端部分に集中して形成されている。
【００４４】
この支持基板２４にＳｉＯ2等からなる絶縁膜層２９及びカーボンナノチューブ群２８に電界を印加するためのゲート電極（引き出し電極ともいう）となる金属膜層３０を例えばスパッタリング法などを用いて形成し、図４（Ｇ）に示す支持基板２４を得る。絶縁膜層２９はＣＶＤ法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；化学気相蒸着法）などにより形成され厚さは５μｍ程度である。金属膜層３０はＡｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの金属材料で厚みは０．３〜１μｍ程度とする。絶縁膜層２９は、カソード電極である支持基板２４とゲート電極である金属膜層３０を電気的に絶縁するために用いられている。
【００４５】
図４（Ｈ）は、開口部３２を形成した状態を示しており、図４（Ｇ）の支持基板２４の金属膜層３０の上にネガのドライフィルムを貼り、或いはスピンコートや電着によりレジスト３１をコートした後に、フォトリソエッチング等により開口部３２を形成する。開口部３２はゲート電極の開口径を決定する部分であり、たとえば突起２５を中心とする直径ｂを１０〜２０μｍ程度とする円形状にパターンニングされる。
【００４６】
図４（Ｉ）は電子放出電極の完成図であり、図４（Ｈ）の支持基板２４の金属膜層３０及び絶縁層２９に、レジスト３１をマスクとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によりエッチングして開口部３３を形成し、その後レジスト３１を除去したところを示す。突起２５の先端部分にはカーボンナノチューブ群２８が電子放出源として形成され、支持基板２４と同一材料である突起２５と、突起２５を中心とする円形の開口部３３を有する絶縁膜層２９及びゲート電極となる金属膜層３０が取り囲んでいる。
【００４７】
なお、本実施の形態ではカーボンナノチューブの固定プロセスを、図４（Ｄ）の支持基板２４に対して施しているが、この工程は電子放出素子作製工程の最後に行うことも可能である。すなわち、図４（Ｄ）の支持基板２４に対して、カーボンナノチューブの固定プロセスを施さず、以降の工程を実施してカーボンナノチューブの固定されていない電子放出素子を作製する。そして、この素子に対して電気メッキシステム３９を使用してカーボンナノチューブの固定を行う。この時、金属膜層３０の平面電極３５と同じにしておくとよい。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態である電子放出素子を用いた小型Ｘ線発生装置の例について図２の構成図を用いて説明する。
【００４９】
２４はＮｉ等の電鋳材料により形成された導電性の支持基板であり、その表面には金属メッキ層３４、Ｓｉ型を用いた電鋳処理により形成された突起２５及びその先端にカーボンナノチューブ群２８を有している。
【００５０】
２９は支持基板２４の突起２５を囲む様に形成されたＳｉＯ2等の材料よりなる絶縁層である。３０は絶縁膜層２９上に形成されてカーボンナノチューブ群２８の先端から電子を引出すためのゲート電極である。２４、３４、２９、３０、２５、２８を合わせて電子放出素子を構成している。５はターゲット電極でカーボンナノチューブ群２８から引き出された電子が衝突することによりＸ線を発生させるためのものであり、診断用Ｘ線用としてＷ（タングステン）やＭｏ（モリブデン）等が一般に用いられている。７はゲート電極３０にカソード電極である支持基板２４を基準として正方向のパルス電圧を印加するためのパルス電圧発生器、８は同じく支持基板１を基準にターゲット電極５に正方向の高圧直流電圧を印加するための直流バイアス電源である。６はＸ線発生装置を真空状態で密封し各電極を保持するためのガラスあるいは金属材料からなるＸ線遮蔽構造を含む容器、１０は内部で発生したＸ線のうち一定角度の範囲のものを外部に通過させるＸ線窓で、通過部はＢｅなどのＸ線通過材料が一般的に用いられる。
【００５１】
以上の構成において動作を説明する。まず、パルス電圧発生器７によりカソード電極（支持基板２４）を基準に例えば１００Ｖ程度のパルスをゲート電極３０に印加すると、ゲート電極３０は突起２５を中心とした円周上に配置される構造によりカーボンナノチューブ群２８の先端に電界が集中し、一般的には真空中において１０8Ｖ／ｃｍ程度以上の電界を与えることにより、カーボンナノチューブ群２８の先端から電子が飛び出す電子放出現象が生じる。
【００５２】
このようにして放出された電子は矢印９で示す方向に、直流バイアス電源８で例えば３０ｋＶ程度にバイアスされたターゲット電極５による電界により加速され、最後にはターゲット電極５表面に衝突し、その金属材料と加速電圧に応じた波長をもつＸ線を発生させる。
【００５３】
ここで、ターゲット電極材料としては、先に述べたようにＷやＭｏ等が用いられる。また、ターゲット電極表面から発生したＸ線のうち、Ｘ線窓１０により撮影に必要な焦点径サイズに対応した範囲に規制されたＸ線１１がＸ線窓１０を通して図示しない被照射体に照射される。
【００５４】
このときの焦点径サイズが小さい程、撮影されるＸ線画像の解像度が良くなり、特に、高解像度が必要とされるマンモグラフィ用Ｘ線発生装置では、焦点径サイズとして０．１ｍｍ程度が求められている。
【００５５】
図３は、本発明に係るＸ線発生装置用電子放出素子の平面図である。
【００５６】
図２では原理説明のために、電子放出源として突起２５を１個の電子放出素子の例として説明したが、実際のＸ線発生装置での電子放出素子は、エミッション電流を得るために図３のように、絶縁層２９（不図示）、ゲート電極３０、突起２５が支持基板２４（不図示）上に設けられた金属メッキ層３４上に多数個、並列電気接続で平面的に配置された構成となっている。
【００５７】
電子放出素子としての動作は、図２での動作と同様に、突起２５先端のカーボンナノチューブ群２８（不図示）に対してゲート電極３０にパルス電圧を印加することにより各カーボンナノチューブ群２８の先端より電子が放出されてエミッション電流を発生する。各カーボンナノチューブ群２８の先端から放出された電子の大部分はターゲット電極５（不図示）に向かって加速され、最後にはターゲット電極５に衝突してＸ線を発生する。
【００５８】
本発明の特徴とするところは、図２及び図３の突起部２５においてその先端部に電子放出方向に配向されたカーボンナノチューブ群２８を形成し、その先端から電界放出作用により電子を放出させることである。
【００５９】
カーボンナノチューブは、直径が数ナノから数十ナノメートルで、かつ、長さ方向が数ミクロンの形状を有し、アスペクト比が極めて大きな良導電性の電子材料である。そして、カーボンナノチューブを電子放出源として用いることにより、電界集中度が極めて高くなり、結果としてゲート印加電圧の非常に低い電子放出素子の実現が可能になる。
【００６０】
さらに、ゲート電極１つ１つに対して各々単一の突起２５を電子放出源として利用するよりも、多数の配向させたカーボンナノチューブを電子放出源として用いた方がカーボンナノチューブの化学的安定性と多数電子放出源による電子放出安定性が発現されて、単一突起に比べて非常に安定した状態で高エミッション電流が得られるという利点を有する。
【００６１】
上述した本発明による、カーボンナノチューブを電子放出源とする電子放出素子の製造方法は、Ｓｉの結晶面に依存した異方性エッチングを用いることで逆ピラミッド構造の凹型を容易に再現性良く形成することが可能であり、前記の型に電鋳を行うことで四角錐構造の部位を同時に多数個再現性良く形成することが可能となり、四角錐構造の部位の製造バラツキが少ないというＳｉ型と電鋳プロセスを用いたことによる利点がある。
【００６２】
それに加えて、メッキ浴中に分散されたカーボンナノチューブに電界を印加しながら支持基板の表面に電気メッキを行うことにより、カーボンナノチューブを配向させた状態で突起先端に集中させてメッキ材料により確実に固定される。その結果、ゲート電極形成などの以降のプロセスでもカーボンナノチューブが脱離することなく、安定して高エミッション電流が得られる電子放出素子の形成が可能である。また、カーボンナノチューブを電気メッキのプロセスを用いて配向させ固定させているために、従来の様に、カーボンナノチューブを成長させるためのＣＶＤ装置などの高価な装置を用いる必要もなく、メッキ浴といった低コストな製造装置が使用できる、などの優れた点を有する。
【００６３】
また、本発明に係る電子放出素子は、電鋳による支持基板の突起上に固定された電子放出方向（電界の方向、すなわち、面の法線方向）に配向したカーボンナノチューブ群を用いることにより、ゲート印加電圧の非常に低い電子放出素子の実現を可能にするとともに、カーボンナノチューブの電子放出源を平面上に多数配置した構成をとることにより、カーボンナノチューブの化学的安定性と多数電子放出源による安定した電子放出性を発現して、フィラメントを用いた熱電子放出方式に比べてはるかに小型でありながらＸ線用電子放出素子として十分なエミッション電流が得られるという利点がある。
【００６４】
また、実施の形態では小型Ｘ線発生装置への適用例で説明したが、同様の電子放出素子を持つディスプレイや、その他の電子放出素子を有する機器への適用も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係る電子放出素子の構成図である。
【図２】本発明に係る小型Ｘ線発生装置の構成図である。
【図３】本発明に係るＸ線発生装置用電子放出素子の構成図である。
【図４】本発明に係る電子放出素子の製造方法を示す図である。
【図５】本発明に係る電子放出素子の製造方法を示す図である。
【図６】従来技術による電子放出電極の製造方法を示す図である。
【図７】従来技術による電子放出電極の製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
４  電気力線
５  ターゲット電極
６  容器
７  パルス電圧発生器
８  直流バイアス電源
９  電子の加速方向
１０  Ｘ線窓
１１  Ｘ線
２０  Ｓｉ基板
２１  ＳｉＯ2膜
２２  凹部
２３  下引き層
２４  支持基板
２５  突起
２８  カーボンナノチューブ群
２９  絶縁膜層
３０  金属膜層
３１  レジスト
３２  開口部
３３  開口部
３４  メッキ層
３５  平面電極
３６  電気メッキ浴
３７  直流電源
３８  メッキ槽
３９  電気メッキシステム
４１  Ｓｉ単結晶基板
４２  シリコン酸化膜
４３  金属メッキ層
４４  フラーレン
４５  ガラス基板
１０１  電気泳動容器
１０３  平板電極
１０４  Ａｌ電極
１０５  ガラス基板
１０６  カーボンナノチューブ
１０７  懸濁液
１０８  直流電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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