(57)【要約】【課題】極微細加工を要する微細構造を持たない簡単な構造であり、かつ簡便な製造工程により形成することの可能な、フィールドエミッタアレイおよびその製造方法を提供すること。【解決手段】電界を印加することによって材料表面より電子を放出する、複数の電界放射型の電子放出素子をアレイ状に配置したフィールドエミッタアレイであって、前記電子放出素子は、基体と、この基体上に形成されたダイヤモンド膜とを備え、このダイヤモンド膜表面には、カーボンナノ材料膜と、電子供与基不存在面又は電子吸引基終端面とが分離されて形成されていることを特徴とするフォールドエミッタアレイ。【選択図】  図１
2006134724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電界を印加することによって材料表面より電子を放出する、複数の電界放射型の電子放出素子をアレイ状に配置したフィールドエミッタアレイであって、前記電子放出素子は、基体と、この基体上に形成されたダイヤモンド膜とを備え、このダイヤモンド膜表面には、カーボンナノ材料膜と、電子供与基不存在面又は電子吸引基終端面とが分離されて形成されていることを特徴とするフォールドエミッタアレイ。
【請求項２】
前記ダイヤモンド膜の表面の前記カーボンナノ材料膜と電子供与基不存在面又は電子吸引基終端面が、ライン状に交互に配置され、ストライプ状のパターンを形成していることを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッタアレイ。
【請求項３】
前記カーボンナノ材料膜がカーボンナノチューブ、カーボンナノフィラメント、カーボンナノコイル、カーボンナノホーン、及びカーボンナノキャップからなる群から選ばれた１種であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィールドエミッタアレイ。
【請求項４】
表面に所定のパターンの水素終端面と酸素終端面とが分離形成されているダイヤモンド膜を表面に有する基体を準備する工程、
前記ダイヤモンド膜の酸素終端面に触媒を担持する工程、
前記ダイヤモンド膜の水素終端面を処理して酸素終端面に変換する工程、及び
前記ダイヤモンド膜の触媒担持部にカーボンナノ材料膜を形成する工程
を具備するフィールドエミッタアレイの製造方法。
【請求項５】
前記水素終端面は、水素、炭化水素、水酸基、メトキシ基、アルコール類、及び水蒸気からなる群から選ばれた少なくとも１種のガス雰囲気中でプラズマ処理することにより得られ、酸素終端面は、酸素系ガスを含むガス雰囲気でプラズマ処理するか、酸素系ガスを含むガス雰囲気で加熱するか、又は酸化性溶液に浸漬することにより得られる請求項４に記載のフィールドエミッタアレイの製造方法。
【請求項６】
前記所定パターンがストライプパターンであることを特徴とする請求項４又は５に記載のフィールドエミッタアレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強電界によって電子を放出する電界放射型の電子放出素子のエミッタにナノカーボン材料を用い、このようなナノカーボン材料を用いたエミッタをアレイ状に配置したフィールドエミッタアレイ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子ディスプレイデバイスとして陰極線管が広く用いられているが、陰極線管は、電子銃のカソードから熱電子を放出させるものであるため、エネルギー消費量が大きく、また、構造的に大きな容積を必要とするなどの問題があった。
【０００３】
このため、熱電子ではなく冷電子を利用できるようにして、全体としてエネルギー消費量を低減させ、しかも、デバイス自体を小形化した平面型のディスプレイが求められ、更に、近年では、そのような平面型ディスプレイに高速応答性と高解像度とを実現することも強く求められている。
【０００４】
このような冷電子を利用する平面型ディスプレイの構造としては、高真空の平板セル中に、微小な電子放出素子をアレイ状に配したものが有望視されている。そして、そのために使用する電子放出素子として、電界放射現象を利用した電界放射型の電子放出素子が注目されている。この電界放射型の電子放出素子は、物質に印加する電界の強度を上げると、その強度に応じて物質表面のエネルギー障壁の幅が次第に狭まり、電界強度が１０７Ｖ／ｃｍ以上の強電界となると、物質中の電子がトンネル効果によりそのエネルギー障壁を突破できるようになり、そのため、物質から電子が放出されるという現象を利用している。
【０００５】
この場合、電場がポアッソンの方程式に従うために、電子を放出する部材（エミッタ）に電界が集中する部分を形成すると、比較的低い引き出し電圧で効率的に冷電子の放出を行うことができる。
【０００６】
このような電界放射型の電子放出素子の一般的なものとしては、図３に示すように、先端が尖った円錐形の電子放出素子を例示することができる（例えば、非特許文献１参照）。この素子においては、絶縁性基板３１上に導電層３２、絶縁層３３及びゲート電極３４が順次積層されており、その絶縁層３３及びゲート電極３４には開口部Ａが形成され、それによって導電層３２が露出している。そして、開口部Ａ内の導電層３２上には、少なくともゲート電極３４に接触しないように、点状突起を有する円錐形状のエミッタ３５が形成されている。このような円錐形エミッタとしては、スピント型エミッタが広く知られている。
【０００７】
スピント型エミッタを備えた電子放出素子の製造例を、図４を参照して説明する。
【０００８】
まず、図４（ａ）に示すように、予め導電層４２が形成された絶縁性基板４１上に、絶縁層４３及びゲート電極４４をスパッタ法又は真空蒸着法等により順次成膜する。続いて、フォトリソグラフィー法と反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）とを利用して絶縁層４３及びゲート電極４４の一部を、導電層４２が露出するまで、円形の孔（ゲート孔）が開口するようにエッチングする。
【０００９】
次に、図４（ｂ）に示すように、斜方蒸着により剥離層４５をゲート電極４４上面と側面にのみ形成する。剥離層４５の材料としては、Ａｌ、ＭｇＯ等が多く使用されている。
【００１０】
続いて、図４（ｃ）に示すように、全面に、即ち導電層４２及び剥離層４５上に、その垂直な方向から通常の異方性蒸着により、エミッタ４６用の金属材料を蒸着する。このとき、蒸着の進行につれて、ゲート孔の開口径が狭まると同時に導電層４２上に円錐形のエミッタ４６が自己整合的に形成される。蒸着は、最終的にゲート孔が閉じるまで行なう。エミッタの材料としては、Ｍｏ、Ｎｉ等を使用している。
【００１１】
最後に、図４（ｄ）に示すように、剥離層材４５をエッチングにより剥離し、必要に応じてゲート電極４４をパターニングする。これによりスピント型エミッタを備えた電子放出素子が得られる。
【００１２】
一方、半導体集積回路製造技術を応用して製造されるシリコンエミッタもまた広く知られている。このようなシリコンエミッタを備えた電子放出素子の製造例を、図５（ａ）〜（ｅ）を参照して説明する。
【００１３】
まず、図５（ａ）に示すように、単結晶シリコン基板５１を熱酸化して表面に酸化シリコン層を形成し、この酸化シリコン層をフォトリソグラフィー法を利用して円形にパターニングすることにより、円形のエッチングマスク用酸化シリコン層５２を形成する。この酸化シリコン層５２は、後述するように、リフトオフ材としても機能する。なお、酸化シリコン層５２の径はほぼゲート径に相当する。
【００１４】
次に、図５（ｂ）に示すように、酸化シリコン層５２をエッチングマスクとして用いて、サイドエッチレートの高い条件の反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）によりシリコン基板５１をエッチングし、エミッタ５３を形成する。
【００１５】
続いて、図５（ｃ）に示すように、熱酸化によりシリコン基板５１及びエミッタ５３の表面にエミッタ先端先鋭化用酸化シリコン層５４を形成する。この酸化シリコン層５４の形成時に発生する応力により、酸化シリコン層５４の内側のエミッタ５３の先端が容易に尖鋭化される。
【００１６】
そして、図５（ｄ）に示すように、異方性蒸着法により絶縁層５５、ゲート電極５６を積層する。
【００１７】
最後に、図５（ｅ）に示すように、リフトオフ材としても機能するエッチングマスク用酸化シリコン層５２をエッチングによりリフトオフし、更に、エミッタ５３の表面の酸化シリコン層５４をエッチング除去する。そして、必要に応じてゲート電極５６をパターニングする。これにより、シリコンエミッタを備えた電子放出素子が得られる。
【００１８】
しかしながら、上述したスピント型エミッタならびにシリコンエミッタにおいては、いずれもエミッタ材料である金属、シリコン又はそれらの化合物は、正の電子親和力（ＰＥＡ；Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ａｆｆｉｎｉｔｙ）を有するため、電子放出能が低く、エミッタ部への電界集中を行うことが不可欠であった。そのため、それらのエミッタ材料表面から電子を放出させるためには、電子放出部の曲率半径をできるだけ小さくする必要があり、上記に示したように、エミッタに微細加工を施し、放出部の先端形状をコーン型として、その先端の曲率半径を数ナノメーター以下とすることが不可欠であった。
【００１９】
更に、ディスプレイ用等の電子源として応用するためには、上記のような微細加工を施して得られるエミッタを多数作製し、アレイ状に配置する必要がある。しかしながら、超精密加工が必要であるため、構造的欠陥が生じやすく、大面積に均一に作製することは容易ではなく、歩留まりが低下する上に、欠陥検査等も不可欠となり、製造コストが高くなるという問題があった。
【非特許文献１】C. A. Spindt : J. Appl. Phys., 39, 3504 (1968)
【非特許文献２】K. Betsui: Tech. Dig. IVMC. , (1991) p26
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明は、上記問題点を考慮してなされ、極微細加工を要する微細構造を持たない簡単な構造であり、かつ簡便な製造工程により形成することの可能な、フィールドエミッタアレイおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明者は、ダイヤモンド膜表面の化学吸着種（水素及び酸素）と溶液法による触媒の担持特性を検討した結果、水素終端表面では触媒は担持しないこと、一方、酸素終端表面では触媒が担持することを見いだした。このような現象にかんがみ、表面を水素終端面と酸素終端面に分離して形成したダイヤモンド膜を有する基板を準備し、上記担持特性を利用することによって、ダイヤモンド表面の酸素終端面にのみ選択的に触媒を担持することが可能である。この場合、カーボンナノチューブ等は触媒上にのみ選択的に成長する性質を有するため、このような触媒の担持面にカーボンナノチューブ等のカーボンナノ材料をＣＶＤ法により選択的に成長させることにより、リソグラフィー等を用いることなく、簡便に、同一基板上にエミッタアレイを作製することが可能となる。
【００２２】
本発明はこのような原理に基づくものである。
【００２３】
即ち、本発明の第１の態様は、電界を印加することによって材料表面より電子を放出する、複数の電界放射型の電子放出素子をアレイ状に配置したフィールドエミッタアレイであって、前記電子放出素子は、基体と、この基体上に形成されたダイヤモンド膜とを備え、このダイヤモンド膜表面には、カーボンナノ材料膜と、電子供与基不存在面又は電子吸引基終端面とが分離されて形成されていることを特徴とするフォールドエミッタアレイを提供する。
【００２４】
以上のように構成される本発明の第１の態様に係るフィールドエミッタアレイでは、ダイヤモンド膜の表面にカーボンナノ材料膜と電子供与基不存在面又は電子吸引基終端面が相互に分離して形成されるという非常に単純な構造で、従来の構造のように、ゲート電極を必要とせず、また、エミッタを先鋭化することなく、平面状のカーボンナノ材料膜から低い引出し電圧で電子を放出させることが出来る。そのため、高性能のフィールドエミッタアレイを低コストで得ることが出来る。その結果、フラットパネルディスプレイに適用した場合に、高速、高精細度の画像を低消費電力で得ることが可能となる。
【００２５】
本発明の第１の態様に係るフィールドエミッタアレイにおいて、ダイヤモンド膜の表面のカーボンナノ材料膜と電子供与基不存在面又は電子吸引基終端面が、ライン状に交互に配置され、ストライプ状のパターンを形成することが出来る。
【００２６】
また、カーボンナノ材料膜を、カーボンナノチューブ、カーボンナノフィラメント、カーボンナノコイル、カーボンナノホーン、及びカーボンナノキャップからなる群から選ばれた１種とすることが出来る。
【００２７】
本発明の第２の態様は、表面に所定のパターンの水素終端面と酸素終端面とが分離形成されているダイヤモンド膜を表面に有する基体を準備する工程、前記ダイヤモンド膜の酸素終端面に触媒を担持する工程、前記ダイヤモンド膜の水素終端面を処理して酸素終端面に変換する工程、及び前記ダイヤモンド膜の触媒担持部にカーボンナノ材料膜を形成する工程を具備するフィールドエミッタアレイの製造方法を提供する。
【００２８】
以上のように構成される本発明の第２の態様に係るフィールドエミッタアレイの製造方法では、ダイヤモンド膜の表面に選択的に触媒を担持させ、そこにカーボンナノ材料膜を選択的に形成する簡単な工程で、ミクロンオーダーあるいはナノオーダーの微細なパターンのカーボンナノ材料膜、即ち電子放出部を極めて簡単に形成することが出来る。そのため、高性能のフィールドエミッタアレイを低コストで製造することが出来、その結果、高速、高精細度の画像を低消費電力で得ることが可能なフラットパネルディスプレイを製造することが出来る。
【００２９】
本発明の第２の態様に係るフィールドエミッタアレイの製造方法において、水素終端面を、水素、炭化水素、水酸基、メトキシ基、アルコール類、及び水蒸気からなる群から選ばれた少なくとも１種のガス雰囲気中でプラズマ処理することにより得ることが出来る。また、酸素終端面を、酸素系ガスを含むガス雰囲気でプラズマ処理するか、酸素系ガスを含むガス雰囲気で加熱するか、又は酸化性溶液に浸漬することにより得ることが出来る。
【００３０】
また、所定パターンは、ストライプパターンとすることが出来る。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によると、ダイヤモンド表面の化学吸着種による触媒の担持特性およびカーボンナノ材料の選択的成長の特性を利用することにより、ダイヤモンド表面にカーボンナノ材料膜を選択的に形成することが出来、このカーボンナノ材料膜を電子放射源として用いることにより、リソグラフィー等を用いず単純な構造でかつ配線が不要であり、さらに簡便な工程でフィールドエミッタアレイを得ることが出来る。
【００３２】
即ち、カーボンナノ材料膜は高い電子放出能と導電性を示し、一方、電子供与基不存在面又は電子吸引基終端面は低い電子放出能と絶縁性を示すという物性を利用し、これによって、電子放出能の異なる表面を得ることが可能となり、さらには配置を制御することにより、用途に応じたエミッタアレイを構成することが出来る。
【００３３】
従って、微構造の作製、制御、及びゲート電極並びに配線の形成が不要であるため、単純な構造であり、素子欠陥が生じず、かつ簡便な工程で作製できるため、低コストで、高性能のフィールドエミッタアレイを得ることができる。更に、フラットパネルディスプレイに応用した場合にも、導電性ならびに電子放出能に優れたカーボンナノ材料をエミッタ材料として用いるため、高速、高精細度の画像を、低消費電力で得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００３５】
図１は、本発明の一実施形態に係るフィールドエミッタアレイを示す断面図である。図１に示すように、このフィールドエミッタアレイは、基体１１上にダイヤモンド膜１２が積層された構造を有する。そして、ダイヤモンド膜１２上には、カーボンナノ材料膜１３と、酸素終端面１４が分離して形成されている。
【００３６】
本発明の一実施形態に係るフィールドエミッタアレイにおいて、基体１１は、フィールドエミッタアレイの支持基板として用いられている。このような基板としては、ダイヤモンド基板、シリコン基板、金属基板、ガラス基板、セラミックス基板、石英基板などを使用することができる。
【００３７】
ダイヤモンド膜１２は、単結晶、多結晶、ナノ結晶からなるダイヤモンドあるいはダイヤモンド状炭素から構成することができる。また、不純物をドープしたダイヤモンド膜を用いることもできる。
【００３８】
カーボンナノ材料としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノフィラメントの他、カーボンナノコイル、カーボンナノホーン、カーボンナノキャップ等の類似構造を持つものでも有効である。
【００３９】
ダイヤモンド膜表面の酸素終端面１４は、酸素を化学吸着した構造であり、電子放出能が低く、かつ導電性の低い物性を示す。
【００４０】
図１に示す本発明の一実施形態に係るフィールドエミッタアレイは、図２に示すような工程により製造することが出来る。以下、各工程に沿って説明する。
【００４１】
まず、図２（ａ）に示すように、基板２１上にダイヤモンド膜２２を成膜する。成膜方法としては、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等を用いることが出来る。
【００４２】
次に、ダイヤモンド膜２２の表面を処理して、水素終端面とする。
【００４３】
ダイヤモンド膜表面の水素終端面は、電子供与基を化学吸着した構造であり、電子供与基としては、水素基、炭化水素基、水酸基を挙げることができ、これらの基を化学吸着することにより、電子放出能及び導電性付与性能が良好な水素終端面が得られる。
【００４４】
このような水素終端面は、ダイヤモンド膜表面を、水素、炭化水素、水酸基、メトキシ基、アルコール類、及び水蒸気等のガス雰囲気中でプラズマ処理することにより得ることが出来る。なお、炭化水素としては、メタン、エタン等が好ましい。また、アルコール類としては、メタノール、エタノールが好ましい。
【００４５】
なお、ダイヤモンド膜は、水素及び炭化水素を原料ガスとするプラズマＣＶＤで得ることが出来るが、この場合、表面にはある程度水素終端面が形成されている。従って、この場合には、ダイヤモンド膜に特別な水素終端を行う必要がない場合もある。
【００４６】
続いて、水素終端面が形成されたダイヤモンド膜上にレジストパターンを形成した後、露出する水素終端面を処理して、酸素終端面を選択的に形成する。
【００４７】
このような酸素終端面は、ダイヤモンド膜表面を、酸素系ガスを含むガス雰囲気でプラズマ処理するか、酸素系ガス系ガスを含むガス雰囲気で加熱するか、又は酸化性溶液に浸漬することにより得ることが出来る。
【００４８】
酸素系ガスとしては、酸素、オゾン、窒素酸化物（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２）、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）を挙げることが出来る。また、酸化性溶液としては、硝酸、過酸化水素水、次亜塩素酸、二クロム酸、過マンガン酸を挙げることが出来る。
【００４９】
その後、レジストパターンを除去することにより、図２（ａ）に示すような、ダイヤモンド膜２２の表面に水素終端面２Ａと酸素終端面２Ｂとが分離して形成された基板２１が得られる。
【００５０】
その後、ダイヤモンド膜２２上に水素終端面２Ａと酸素終端面２Ｂが分離形成されたシリコン基板２１を、触媒金属の化合物を含む溶液に浸漬した後、乾燥することにより、図２（ｂ）に示すように、触媒２３をダイヤモンド膜２２上の酸素終端面２Ｂ上にのみ担持させることが出来る。触媒金属としては、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｏ、Ｆｅが挙げられ、その化合物を含む溶液としては、硝酸塩水溶液を挙げることが出来る。
【００５１】
次に、図２（ｃ）に示すように、ダイヤモンド膜２２の酸素終端面２Ｂ上に触媒２３を担持した基板２１に対し、処理を行い、水素終端面２Ａを酸素終端面２Ｃに変換する。この場合の処理は、図２（ａ）に示す工程で用いた方法により行うことが出来る。
【００５２】
次いで、図２（ｄ）に示すように、触媒２３上にカーボンナノチューブ膜２４を形成する。この場合、カーボンナノチューブ膜２４は、触媒２３上にのみ選択的に成長することが出来る。このカーボンナノチューブ膜２４の選択成長は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法や高周波（ＲＦ）プラズマＣＶＤ法により、或いは液相での堆積法により行うことが出来る。
【００５３】
以上のようにして、カーボンナノチューブ膜２４を電子放射部とするフィールドエミッタアレイが完成する。
【００５４】
なお、以上の製造例では、ダイヤモンド膜２２の酸素終端面２Ｂ上に触媒２３を担持した後に、水素終端面２Ａを酸素終端面２Ｃに変換したが、場合によっては、触媒２３上にカーボンナノチューブ膜２４を形成した後に水素終端面２Ａを酸素終端面２Ｃに変換することも可能である。
【００５５】
以下に、本発明のフィールドエミッタを製造する実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。
【００５６】
実施例１
まず、図２（ａ）に示すように、シリコン基板２１上にマイクロ波プラズマＣＶＤ法により、ダイヤモンド膜２２を成膜した。
【００５７】
マイクロ波プラズマＣＶＤの条件は下記の通りである。  
原料ガス：メタン（５０ｓｃｃｍ）、水素（４５０ｓｃｃｍ）、
基板温度：８２０℃、
反応圧力：８０Ｔｏｒｒ、
ＭＷパワー：２．５ｋＷ、
膜厚：１μｍ。
【００５８】
ダイヤモンド膜２２を成膜した後、同じマイクロ波プラズマＣＶＤ装置を用い、ダイヤモンド膜２２の表面に対し、直ちに水素プラズマ処理を行った。その条件は、下記の通りである。
【００５９】
原料ガス：水素（５００ｓｃｃｍ）、
基板温度：８２０℃、
反応圧力：８０Ｔｏｒｒ、
ＭＷパワー：２．５ｋＷ、
時間：５分。
【００６０】
その結果、ダイヤモンド膜２２の表面に、水素終端面が形成された。続いて、フォトレジスト（図示せず）を２μｍの膜厚で塗布した後、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成した。ここで、ラインピッチ１００μｍ、レジスト部の幅は５０μｍとした。
【００６１】
次いで、高周波プラズマを用いて、レジストパターンから露出する水素終端面に対し、酸素プラズマ処理を行った。プラズマ処理条件は下記の通りである。
【００６２】
原料ガス：酸素（１００ｓｃｃｍ）、
基板温度：室温、
反応圧力：０．１Ｔｏｒｒ、
高周波パワー：３００Ｗ、
時間：３分。
【００６３】
微小領域ＸＰＳ分析の結果より、酸素プラズマ処理を行ったダイヤモンド膜の表面には、酸素が吸着していることを確認した。
【００６４】
次に、専用剥離液を用い、レジストを剥離し、図２（ａ）に示すように、ダイヤモンド膜２２上に水素終端面２Ａと酸素終端面２Ｂが分離形成されたシリコン基板２１が得られた。
【００６５】
次に、図２（ｂ）に示すように、溶液法により触媒２３をダイヤモンド膜２２上の酸素終端面２Ｂ上にのみ担持させた。即ち、図２（ａ）に示す、ダイヤモンド膜２２上に水素終端面２Ａと酸素終端面２Ｂが分離形成されたシリコン基板２１を、１ＭのＮｉ（ＮＯ３）２水溶液に浸漬した後、乾燥し、酸素終端面２Ｂ上にＮｉ触媒２３を担持させた。
【００６６】
その後、ダイヤモンド膜２２の酸素終端面２Ｂ上に触媒２３を担持した基板２１に対し、高周波を用いて酸素プラズマ処理を行った。プラズマ処理条件は下記の通りである。
【００６７】
原料ガス：酸素（１００ｓｃｃｍ）、
基板温度：室温、
反応圧力：０．１Ｔｏｒｒ、
高周波パワー：３００Ｗ、
時間：３分。
【００６８】
その結果、図２（ｃ）に示すように、露出する水素終端面２Ａは、酸素終端面２Ｃに変換された。
【００６９】
次に、図２（ｄ）に示すように、マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ膜２４を触媒２３上にのみ選択的に成長させた。
【００７０】
マイクロ波プラズマＣＶＤ法の条件は下記の通りである。
【００７１】
原料ガス：メタン（２０ｓｃｃｍ）、水素（８０ｓｃｃｍ）、
基板温度：６００℃、
反応圧力：２．０Ｔｏｒｒ、
マイクロ波周波数：２．４ＧＨｚ、
ＭＷパワー：２００Ｗ、
反応時間：３０分。
【００７２】
（反応時間は、基板とプラズマが連続的に接触する時間を採用した。）
成長したカーボンナノチューブ膜２４をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察したところ、個々のカーボンナノチューブは、平均直径５〜２０ｎｍ、平均長さ１５〜２０μｍであった。
【００７３】
以上のようにして、カーボンナノチューブ膜２４を電子放射部とするフィールドエミッタアレイを得た。
【００７４】
このようにして作製したフィールドエミッタアレイに対し、１ｍｍのギャップを隔ててアノード（図示せず）を設置し、カーボンナノチューブ膜２４からの電子放出特性を確認したところ、２０Ｖのアノード電圧印加で、カーボンナノチューブ部分からのみ電子放出が確認された。
【００７５】
実施例２
酸素終端面形成のための酸素プラズマ処理の代わりに、酸素ガス雰囲気中での３００〜７００℃の熱処理を行い、またマイクロ波プラズマＣＶＤ法の代わりに高周波（ＲＦ）プラズマＣＶＤを用いてカーボンナノチューブ膜２４の成膜を行ったことを除いて、実施例１と同様の手順で、カーボンナノチューブ膜２４を電子放射部とするフィールドエミッタアレイを得た。
【００７６】
なお、高周波（ＲＦ）プラズマＣＶＤの条件は、下記の通りである。
【００７７】
原料ガス：メタン（２０ｓｃｃｍ）、水素（８０ｓｃｃｍ）、
基板温度：６００℃、
反応圧力：０．２Ｔｏｒｒ、
ＲＦ波周波数：１３．４５ＧＨｚ、
ＲＦパワー：３００Ｗ、
反応時間：３０分。
【００７８】
成長したカーボンナノチューブ膜２４をＴＥＭにより観察したところ、個々のカーボンナノチューブは、平均直径５〜２０ｎｍ、平均長さ１５〜２０μｍであった。
【００７９】
このようにして作製したフィールドエミッタアレイに対し、１ｍｍのギャップを隔ててアノード（図示せず）を設置し、カーボンナノチューブ膜２４からの電子放出特性を確認したところ、２０Ｖのアノード電圧印加で、カーボンナノチューブ部分からのみ電子放出が確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明のフィールドエミッタアレイは、光プリンタ、電子顕微鏡、電子ビーム露光装置などの電子発生源や電子銃として、あるいは照明ランプの超小型照明源として、更には、平面ディスプレイを構成するアレイ状のフィールドエミッタアレイの面電子源として、有用に適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の一実施形態に係るフィールドエミッタアレイを示す模式図である。
【図２】実施例１に示すフィールドエミッタアレイの製造工程を示す断面図である。
【図３】従来の電子放出素子を示す断面図である。
【図４】従来のスピント型エミッタを備えた電子放出素子の製造工程を示す断面図である。
【図５】従来のシリコンエミッタを備えた電子放出素子の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１１，２１，３１，４１，５１…基体、１２，２２…ダイヤモンド膜、１３，２４…カーボンナノ材料膜、２３・・・触媒。
【図１】
2006134724.tif 000003
【図２】
2006134724.tif 000004
【図３】
2006134724.tif 000005
【図４】
2006134724.tif 000006
【図５】
2006134724.tif 000007