(57)【要約】【課題】大画面の蛍光表示装置などに応用できる電界放出特性の優れた材料を提供する。【解決手段】金属モリブデン箔を空気中において８００℃以上１０００℃以下に加熱して酸化させた後蒸発させ、金属モリブデン箔から所定距離だけ離して配置した、金属モリブデン箔よりも低温のシリコンウェハー上に三酸化モリブデンを堆積させることで、三酸化モリブデンからなり、断面が幅３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の長方形状であり全体の形状がベルト状をなしている三酸化モリブデンナノベルトを得る。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三酸化モリブデンからなり、断面が幅３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の長方形状であり、全体の形状がベルト状をなしていることを特徴とする三酸化モリブデンナノベルト。
【請求項２】
請求項１の三酸化モリブデンナノベルトの製造方法であって、金属モリブデン箔を空気中において８００℃以上１０００℃以下に加熱して酸化させた後蒸発させ、金属モリブデン箔から所定距離だけ離して配置した、金属モリブデン箔よりも低温のシリコンウェハー上に三酸化モリブデンを堆積し、三酸化モリブデンナノベルトを形成することを特徴とする三酸化モリブデンナノベルトの製造方法。
【請求項３】
金属モリブデン箔を８５０℃に加熱することを特徴とする請求項２記載の三酸化モリブデンナノベルトの製造方法。
【請求項４】
シリコンウェハーを５００℃以上５５０℃以下に保つことを特徴とする請求項２または３記載の三酸化モリブデンナノベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、三酸化モリブデンナノベルトとその製造方法に関するものである。さらに詳しくはこの出願の発明は、大画面の蛍光表示装置などに応用が期待される、電界放出特性の優れた三酸化モリブデンナノベルトおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より電子デバイスの小型化や高性能化が求められているが、その小型化と高性能化には電子デバイスに用いられる材料の形状が大きく影響してくる。現在、一次元のナノメートルサイズの構造物は大画面のフラットディスプレイへの応用が期待されており、その応用に向かってカーボンナノチューブ、炭化ケイ素ナノワイヤー、ケイ素−炭素−窒素ナノロッド、硫化銅ナノワイヤー、タングステンナノワイヤーなどの電界放出特性が検討されている。
【０００３】
一般に蛍光表示装置を発光させるためには、それに使われる材料は十分に高い放出電流密度を有することが必要である。それには材料固有の性状だけでなく、電界を集中させるために材料の曲率半径を小さくすることや、先端を尖らせるなどの形状因子も重要な要素となってくる。ナノメートルサイズの構造物のうち、ナノベルトは断面が長方形をなしており、円筒形状で断面が円形であるナノワイヤーやナノチューブと違い、鋭い角や稜線を有しているため、電界放出材料として有望視されている。
【０００４】
一方で、三酸化モリブデンはフォトクロミックやエレクトロクロミックを示す材料であり（非特許文献１、２参照）、情報デバイスやセンサーデバイスへの応用が期待されており、三酸化モリブデンのナノメートルサイズ化が強く望まれている。
【０００５】
【非特許文献１】
J.N.Yao他、Nature、355巻、pp.624、1992年
【非特許文献２】
Y.A.Yang他、Journal of Physical Chemistry、102巻、pp．9392、1998年
そこで、この出願の発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、従来技術の問題点を解消し、電界放出特性の優れた三酸化モリブデンナノベルトおよびその製造方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、まず第１には、三酸化モリブデンからなり、断面が幅３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の長方形状であり、全体の形状がベルト状をなしていることを特徴とする三酸化モリブデンナノベルトを提供する。
【０００７】
第２には、この出願の発明は、第１の発明の三酸化モリブデンナノベルトの製造方法であって、金属モリブデン箔を空気中において８００℃以上１０００℃以下に加熱して酸化させた後蒸発させ、金属モリブデン箔から所定距離だけ離して配置した、金属モリブデン箔よりも低温のシリコンウェハー上に三酸化モリブデンを堆積し、三酸化モリブデンナノベルトを形成することを特徴とする三酸化モリブデンナノベルトの製造方法を提供する。
【０００８】
第３には、第２の発明において金属モリブデン箔を８５０℃に加熱することを特徴とする三酸化モリブデンナノベルトの製造方法を提供する。
【０００９】
第４には、第２または３の発明において、シリコンウェハーを５００℃以上５５０℃以下に保つことを特徴とする三酸化モリブデンナノベルトの製造方法を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
【００１１】
この出願の発明の三酸化モリブデンナノベルトは、三酸化モリブデンからなり、断面が幅３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の長方形状であり、全体の形状はベルト状をなしていることを特徴としている。
【００１２】
この三酸化モリブデンナノベルトは単結晶であって、エレクトロクロミックを示す三酸化モリブデンからなり、かつ同じナノメートルサイズで円筒形状のナノチューブやナノワイヤーに比べて先端部および稜線部が鋭角であり電界集中が容易であることから電界放出特性が優れかつ安定した材料であり、蛍光表示装置などへの応用が期待できる。
【００１３】
また、この出願の発明の三酸化モリブデンナノベルトの製造方法は、金属モリブデン箔を空気中において８００℃以上１０００℃以下に加熱することで酸化させて三酸化モリブデンとし、その三酸化モリブデンを金属モリブデン箔の表面から蒸発させ、金属モリブデン箔から所定距離だけ離して配置した、金属モリブデン箔よりも低温のシリコンウェハー上に三酸化モリブデンを堆積し、三酸化モリブデンナノベルトを形成することを特徴としている。
【００１４】
とくに金属モリブデン箔を８５０℃に加熱することにより、シリコンウェハー上に良質な三酸化モリブデンナノベルトを形成することができ、また、金属モリブデン箔から所定距離だけ離して配置したシリコンウェハーの基板の温度を５００℃以上５５０℃以下に保つことで、蒸気であった三酸化モリブデンをシリコンウェハー上に確実に堆積することが可能となる。
【００１５】
より具体的には、たとえば赤外線照射加熱炉中において、金属モリブデン箔をタンタル等からなるホルダーの上に置き、その下にシリコンウェハーの基板を所定距離離して配置し、空気中で、上方からモリブテン箔を赤外線照射により急速加熱することでモリブデンの表面が酸化されて三酸化モリブデンとなり、この三酸化モリブデンの融点が８００℃であるため８００℃以上１０００℃以下とすることで三酸化モリブデンが連続的にモリブデン箔の表面から蒸発して、モリブデン箔よりも低温のシリコンウェハー上に三酸化モリブデンが堆積し、三酸化モリブデンナノベルトが形成される。すなわち、上記のような物理的気相成長方法により三酸化モリブデンナノベルトをシリコンウェハー上に形成することができるのである。
【００１６】
このような方法を用いることにより、上記のような、断面が幅３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、厚さ５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の長方形状であって電界放出特性の優れた単結晶の三酸化モリブデンナノベルトを得ることができる。なおこの場合、生成した三酸化モリブデンナノベルトは半透明のフィルム状でシリコンウェハーに密着している。
【００１７】
以下、添付した図面に沿って実施例を示し、この出願の発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、この発明は以下の例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００１８】
【実施例】
＜実施例１＞
赤外線照射加熱炉中において、１５ｍｍ×１５ｍｍ×０．２ｍｍの金属モリブデン箔を高融点金属であるタンタルからなるホルダーの上に置き、鏡面研磨した１５ｍｍ×１０ｍｍのシリコンウェハー基板をその金属モリブデン箔から３ｍｍ離した下方に位置するように配置した。そしてモリブデン箔を上方から赤外線照射により急速に８５０℃に加熱した。なお、そのときシリコンウェハーの温度は５００〜５５０℃に保ち、２０分間加熱を続けた。その後加熱炉内を室温に冷却することでシリコンウェハーの表面に半透明のフィルムが形成された。
【００１９】
生成したフィルムを走査型電子顕微鏡で観察した結果を図１に示す。同図に示しているように、均一に分散したナノベルトがシリコンウェハーの全面にわたって成長していた。このナノベルトは幅が３０〜３００ｎｍ、厚さが５〜５０ｎｍであり、長さが２〜４μｍであった。全てのナノベルトは直線状であり端部が鋭い角になっており、断面は長方形であって長さ方向に鋭い稜線を有していた。
【００２０】
この生成したフィルムのＸ線回折の結果から、その格子定数はａ＝３．９６Å、ｂ＝１３．９６Å、ｃ＝３．７０Åであって、斜方晶系の単結晶三酸化モリブデンナノベルトが形成されていることが分かった。
【００２１】
これは空気中でモリブデン箔の表面が８５０℃で酸化されて三酸化モリブデンとなり、この三酸化モリブデンの融点が約８００℃であるので、連続的にモリブデン箔の表面から蒸発し、シリコンウェハー基板の温度がそれよりも低いことからこの基板上に堆積し、三酸化モリブデンナノベルトを形成したものと考えられる。
＜実施例２＞
次に５×１０-7Ｔｏｒｒの真空室の中で電界放出の実験を行った。断面積１ｍｍ2の棒状アルミニウムを陽極に用い、実施例１の方法により生成した三酸化モリブデンナノベルトを陰極として０〜１１００Ｖの直流電圧を印加した。
【００２２】
図２に陽極と陰極の間の間隔を４５μｍ、５０μｍ、６０μｍ、８０μｍとしたときの放出電流密度と印加電圧の関係をプロットした結果を示す。なお、図２中の挿入図は低電流密度の状態のときの放出電流密度と印加電圧の関係を示す拡大図である。
【００２３】
電流密度が０．０１ｍＡ／ｃｍ2、１０ｍＡ／ｃｍ2のときの電圧をそれぞれ開始電圧および閾値電圧とすると、５０μｍ間隔のときには開始電界強度が１３．２Ｖ／μｍ、閾値電界強度が１９．５Ｖ／μｍであって、８０μｍ間隔のときには、開始電界強度が８．７Ｖ／μｍ、閾値電界強度が１２．９Ｖ／μｍであった。電流密度は閾値電界強度近傍で急激な増加を示し、これらの閾値電界強度の値は針状の炭化ケイ素ナノロッドやカーボンナノ粒子の値と匹敵し、三酸化モリブデンナノベルトの電界放出特性が優れていることが分かった。
＜実施例３＞
次に、生成した三酸化モリブデンナノベルトを実施例２と同様に陰極として用いて電界放出特性の安定性試験を一定電界２０Ｖ／μｍ（５０μｍの間隔で１０００Ｖ印加）の条件で行った。
【００２４】
２時間にわたって試験した結果を図３に示す。図３が示すように、平均の放出電流密度は２６０ｍＡ／ｃｍ2で、その変動の幅は±１５％以内であり、放出電流密度は２時間にわたってほぼ安定していた。また安定性試験が終了した三酸化モリブデンナノベルトを走査型電子顕微鏡で観察した結果、ナノベルトの結晶形態の変化は見られず、良好な安定性を示す材料であることが確認された。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、蛍光表示装置等への応用が期待される、電界集中が容易であり、電界放出特性の優れた三酸化モリブデンナノベルトおよびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の製造方法により製造された斜方晶系三酸化モリブデンナノベルトの走査型電子顕微鏡像の写真である。
【図２】この発明の三酸化モリブデンナノベルトを用いて印加電圧と放出電流密度の関係を測定した図である。
【図３】この発明の三酸化モリブデンナノベルトを陰極とし、陽極−陰極間の距離を５０μｍとして１０００Ｖ印加したときの放出電流密度の経時変化を示す図である。
【図１】
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【図２】
2004203720.tif 000004
【図３】
2004203720.tif 000005