(57)【要約】      （修正有）【課題】カーボンナノチューブの電界放出に関する物性を改善した、カーボンナノチューブの製造方法を提供する。【解決手段】本願発明に係るカーボンナノチューブの製造方法は、ＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブの製造方法であって、基板を形成する工程、上記基板の表面にカーボンナノチューブを成長させる工程、上記カーボンナノチューブにＺｎＯを絶縁保護コーティングする工程、ＺｎＯでコーティングされた上記カーボンナノチューブをアニールする工程、上記アニールによって、カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程を含む製造方法である。【効果】ＺｎＯの突起物がカーボンナノチューブ上に形成されることによって、カーボンナノチューブの電界増幅係数を改善することができる。【選択図】図１０
2007123280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブの製造方法であって、
基板を形成する工程、
上記基板の表面にカーボンナノチューブを成長させる工程、
上記カーボンナノチューブにＺｎＯを絶縁保護コーティングする工程、
ＺｎＯでコーティングされた上記カーボンナノチューブをアニールする工程、
上記アニールによって、カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程を含むことを特徴とするカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項２】
上記カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程が、
カーボンナノチューブ１本当たり１００個以上１０００個以下の密度にて上記ＺｎＯの突起物を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項３】
上記基板がケイ素を材料としており、
上記基板を形成する工程が、ケイ素を材料とする基板にｎ型不純物を添加し、ｎ型の層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項４】
上記カーボンナノチューブにＺｎＯを絶縁保護コーティングする工程が、蒸着法を用いる工程を含み、
上記蒸着法は、スパッタリング法、化学蒸着法、スピン塗布、原子層成長法からなる群から選ばれる何れか１種の蒸着法であることを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項５】
上記カーボンナノチューブにＺｎＯを絶縁保護コーティングする工程が、
厚みが１．２ｎｍ以上２００ｎｍ以下のカーボンナノチューブに、原子層成長法を用いてＺｎＯの層をコーティングする工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項６】
ＺｎＯでコーティングされたカーボンナノチューブをアニールする工程が、
基板を４００℃以上９５０℃以下に加熱する工程、
ＺｎＯでコーティングされたカーボンナノチューブを、窒素、アルゴン、ヘリウムからなる群から選ばれる何れかの不活性ガス雰囲気下におく工程および、
上記ＺｎＯでコーティングされたカーボンナノチューブを１０秒以上３００秒以下の間継続して保持する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項７】
上記カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程が、
ＺｎＯをナノ微粒子中に凝集させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項８】
上記基板を形成する工程は、
ケイ素、サファイア、炭化ケイ素、石英、ガラス、プラスチックからなる群から選ばれるいずれかの材料から基板を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項９】
上記基板からカーボンナノチューブを成長させることが、単層構造および多層構造から選ばれるカーボンナノチューブを成長させることを含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１０】
上記基板の表面にカーボンナノチューブを成長させる工程が、
直径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であるカーボンナノチューブを成長させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１１】
上記基板の表面にカーボンナノチューブを成長させる工程は、
５００℃以上１０００℃以下の温度で基板を加熱する工程およびアセチレンの分解を触媒する鉄を用いることを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１２】
上記基板の表面にカーボンナノチューブを成長させる工程が、
最小長が２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であり、最大長が１００μｍであるカーボンナノチューブを成長させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１３】
上記基板の表面にカーボンナノチューブを成長させる工程が、上記カーボンナノチューブには、直径が６０ｎｍであるカーボンナノチューブを成長させる工程を含み、
上記カーボンナノチューブにＺｎＯを絶縁保護コーティングする工程が、カーボンナノチューブに、１０ｎｍのＺｎＯの層をコーティングする工程を含み、
上記カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程が、カーボンナノチューブの長さ方向に沿って、２０ｎｍ毎にＺｎＯの突起物を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１４】
上記カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程が、
表面積は３６００ｎｍ２であり、体積は３３０００ｎｍ３であるＺｎＯの突起物を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１３に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１５】
上記カーボンナノチューブにＺｎＯを絶縁保護コーティングする工程が、蒸着されたＺｎＯの厚みを減少させる工程を含み、
上記カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程は、上記蒸着されたＺｎＯの厚みを減少させることによって、ＺｎＯの突起物間の距離を減少させる工程およびＺｎＯの突起物の体積を減少させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブの製造方法。
【請求項１６】
ＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブ電界放出デバイスであって、
上記カーボンナノチューブ電界放出デバイスは、基板を有しており、
上記基板の表面上には、基板を覆うようにカーボンナノチューブが形成されており、
上記カーボンナノチューブの表面には、ＺｎＯの突起物が形成されていることを特徴とするカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【請求項１７】
上記ＺｎＯの突起物のそれぞれが、ＺｎＯのナノ微粒子を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載のカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【請求項１８】
上記カーボンナノチューブが、単層構造および多層構造からなる群から選ばれるカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項１６に記載のカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【請求項１９】
上記カーボンナノチューブの直径が、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１８に記載のカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【請求項２０】
上記カーボンナノチューブの最小長は２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であり、最大長は１００μｍであることを特徴とする請求項１６に記載のカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【請求項２１】
上記カーボンナノチューブの直径は６０ｎｍであって長さを有しており、
上記ＺｎＯの突起物は、カーボンナノチューブの長さ方向に沿って２０ｎｍ毎に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載のカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【請求項２２】
上記ＺｎＯの突起物のそれぞれは、表面積が３６００ｎｍ２であり、体積が３３０００ｎｍ３であることを特徴とする請求項２１に記載のカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【請求項２３】
上記ＺｎＯの突起物は、上記カーボンナノチューブ１本当たり１００個以上１０００個以下の密度で形成されていることを特徴とする請求項１６に記載のカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【請求項２４】
上記基板の材料は、ケイ素、サファイア、炭化ケイ素、石英、ガラス、プラスチックからなる群から選ばれるいずれかの材料を含むことを特徴とする請求項１６に記載のカーボンナノチューブ電界放出デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路、表示装置に関するものであり、特に、ＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブ電界放出（a carbon nanotube field emission）デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブは、高い導電率を有しており、先端が非常に微細なため、有用なフィールドエミッターとして知られている。この電気的な性質によって、カーボンナノチューブは高い電流密度の実現に寄与することができる。また、カーボンナノチューブの形状によって、電界の向きの線を集中させることができ、電子放出を低い範囲にとどめることが可能である。このような、フィールドエミッターの増幅係数（enhancement factor）または、平坦な表面よりもどの程度電荷を放出し易いかは、カーボンナノチューブの先端の形状による。
【０００３】
カーボンナノチューブの電界放出に関する物性を改善する方法としては、カーボンナノチューブの形状を改良することや、単層のカーボンナノチューブを単離することが挙げられ、ナノチューブを成長させる方法に焦点を当てている傾向がある。たとえば、Ｄｏｎｇらは、ナノチューブを成長させるための種々の触媒について精査を行った（非特許文献１）。また、Ｓｅｖｅｎｉｎｇｓｓｏｎらは、７００℃でアセチレン（Ｃ２Ｈ２）の分解を触媒する鉄を用いて、ナノチューブの形状に、棘状の形状を付与することに成功した（非特許文献２）。
【０００４】
電界増幅係数であるγは、どれだけ電子を放出しやすい構造であるかを示す指標となるものである。Ｄｏｎｇらによって、カーボンナノチューブの先端における局所電場が、広く応用されるべきものであることが示されている。Ｄｏｎｇらが示した材料の働きは、カーボンナノチューブの先端における幾何学的形状に関連している。ここで、カーボンナノチューブの先端における局所電場Ｆは、Ｆ＝ｇＶ／ｄで示される。ｄは、２つの電極間の距離を示し、Ｖは印加電圧を示すものである。
【０００５】
近年、Ｂａｎｎｅｒｊｅｅらと、Ｊｏらによって、ＺｎＯを材料とするナノワイヤーのフィールドエミッション特性を改良する技術が開示されている。ＺｎＯを材料とするナノワイヤーは、カーボンナノチューブほど好ましくはないが、優れたフィールドエミッターとして認識されている。彼らが開示した製造方法は、炭素の布上にＺｎＯを材料とするナノワイヤーを成長させる製造方法である。具体的には、１１００℃の黒鉛粉末によって、ＺｎＯの炭素熱還元を生じさせることで、固体移送法（vapor solid transport method）により、ＺｎＯを材料とするカーボンナノワイヤーを成長させる方法である。この炭素の布は、直径が１０μｍ以下の炭素繊維によって構成されているものである。
【０００６】
また、彼らは、ＺｎＯを用いた電界増幅係数の改良は実質的に、特有の高いアスペクト比を有する基板が寄与するものと結論付けている。つまり、ＺｎＯを用いた増幅係数は、基礎を成す炭素繊維の電界の増幅係数によって増強されている。上記炭素繊維は高い電界の増幅係数を有している。
【０００７】
上記カーボンナノチューブは、電界放出型フラットパネルディスプレイなどにおいて、応用例が見出されている。ナノチューブエミッターは、上記フラットパネルディスプレイなどの個々の画素に作用させるために用いられる。他の潜在的な応用例としては、電界放出に基づく電子的用途、光学的用途、検出装置、冷陰極、光源、電子顕微鏡の光源などを挙げることができる。カーボンナノチューブの増幅係数のどのような改善であっても、上記の応用例において新たな有用性に結びつくものである。また、上記の改善によって新たな応用例が生み出されると考えられる。
【非特許文献１】L. Dong, J. JIAO, C. PAN, D. W. TUGGLE, Appl. Pys. A 78,9-14(2004)
【非特許文献２】M. Sveningsson, R. E. Morjan, O. A. Nerushev, Eleanor E. B. Campbell, D. Malsch and J. A. Schaefer. Appl. Phys. Lett., Vol 85, No 19, 8 November 2004.
【０００８】
〔発明の概要〕
本発明に係る製造方法によれば、原子層成長法によって、カーボンナノチューブにＺｎＯの薄層をコーティングし、その後アニールすることによって、カーボンナノチューブの電界増幅係数を改善することができる。この方法では、ＺｎＯビーズまたはナノ構造物がカーボンナノチューブ（直径１０ｎｍ以下）またはナノファイバー（直径１０μｍ以下）の表面に形成される（以下、ＺｎＯビーズまたはナノ構造物を「ＺｎＯの突起物」と記す）。上記ＺｎＯのナノ構造物は、固体移送ではなく、原子層成長法によるコーティング後、アニールされることによって形成される。
【０００９】
上記方法に応じて、ＺｎＯの突起物がカーボンナノチューブ上に形成される。本発明に係るカーボンナノチューブの製造方法は、ＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブの製造方法であって、基板を形成する工程、上記基板の表面にカーボンナノチューブを成長させる工程、上記カーボンナノチューブにＺｎＯを絶縁保護コーティングする工程、ＺｎＯでコーティングされた上記カーボンナノチューブをアニールする工程、アニールすることよって、カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記ＺｎＯの突起物はカーボンナノチューブ１本当たり約１００個以上１０００個以下の密度で形成されていてもよい。上記密度は、蒸着されたＺｎＯの層厚みと、アニールする条件に依存する。
【００１１】
上記カーボンナノチューブは、スパッタリング法、化学蒸着法（ＣＶＤ）、スピン塗布または原子層成長法（ＡＬＤ）を用いて、ＺｎＯが絶縁コーティングされていることが好ましい。たとえば、原子層成長法を用いることにより、カーボンナノチューブ上に１．２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の厚みでＺｎＯの層を蒸着することができる。
【００１２】
上記基板の材料としては、ケイ素、サファイア、炭化ケイ素、石英、ガラスまたはプラスチックを用いることができる。また、上記カーボンナノチューブは単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。上記カーボンナノチューブの直径は１ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよく、最小長は２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、最大長は１００μｍ以下であってもよい。上記のカーボンナノチューブの製造方法およびカーボンナノチューブ電界放出デバイスについても詳細は後述する。
【００１３】
以下、本発明に係るカーボンナノチューブの製造方法およびカーボンナノチューブ電界放出デバイスの一実施形態について図１ないし図１０に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００１４】
図１は、ＺｎＯの突起物を有するカーボン（Ｃ）ナノチューブ電界放出デバイスの部分的断面図である。カーボンナノチューブ電界放出デバイス１００は、基板１０２を備えている。基板１０２として、具体的には、ケイ素、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、石英、ガラスまたはプラスチックを挙げることができる。上記材料のうち、ケイ素を好ましく用いることができる。なお、カーボンナノチューブ電界放出デバイス１００に用いられる基板１０２の材料は、特に限定されるものではない。カーボンナノチューブ１０４は、表面１０６を有した状態で、基板１０２上に形成されている。一形態において、カーボンナノチューブ１０４は、基板１０２から成長形成されたものであってもよく、たとえば、化学蒸着法（ＣＶＤ法）によって形成されたものであってもよい。
【００１５】
一方、放電法またはレーザー切断法（laser ablation method）によってもカーボンナノチューブを成長させることが可能である。放電法またはレーザー切断法によれば、カーボンナノチューブは、たとえばススから得ることができる。この場合、カーボンナノチューブ１０４は、溶液状または粉状で基板１０２上に分散される。ＺｎＯの突起物１０８は、カーボンナノチューブ１０４の表面１０６に形成されている。また、図示しないがカーボンナノチューブ１０４を覆うように、絶縁膜が形成されている。
【００１６】
他の形態において、それぞれＺｎＯの突起物１０８は、ＺｎＯのナノ粒子を含んでいる。概して、ＺｎＯの突起物１０８は、多数のナノ微粒子またはナノ粒子を含んでいる。たとえば、ＺｎＯはウルツ鉱型構造を有していてもよい。カーボンナノチューブ１０４は、単層構造（single-walled）でもよいし、多層構造(multi-walled)であってもよいし、単層構造と多層構造とを組み合わせたものであってもよい。典型的な多層型カーボンナノチューブは、複数の同心円筒構造を含んでいる。作製条件に応じて、単層構造または多層構造のカーボンナノチューブが作製される。
【００１７】
図２は、図１におけるカーボンナノチューブを拡大した部分的断面図である。それぞれのカーボンナノチューブ１０４の直径２００は、通常、約１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。また、他のカーボンナノチューブの直径２００についても同様とすることができる。それぞれのカーボンナノチューブ１０４のチューブ長２０２は、特に限定されるものではない。チューブ長２０２の最小長は、約２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲であり、チューブ長２０２の最大長は約１００μｍである。また、チューブ長２０２の平均長は約２５μｍであってもよい。
【００１８】
また、カーボンナノチューブ１０４の直径２００は、約６０ｎｍであってもよい。この場合、ＺｎＯの突起物１０８は、チューブ長２０２に沿って、約２０ｎｍ毎に形成されることとなる。さらに、具体的にはＺｎＯの突起物１０８の表面積２０６は、約３６００ｎｍ２となり、ＺｎＯの突起物１０８の体積２０８は、約３３０００ｎｍ３となる。
【００１９】
ＺｎＯの突起物１０８の密度は、カーボンナノチューブ１本当たり１００個以上１０００個以下の範囲内であってもよい。また、ＺｎＯの突起物１０８の直径２０４は、カーボンナノチューブの直径２００にほぼ等しい長さであってもかまわない。
【００２０】
図３〜図５は、ＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブ電界放出デバイスの製造工程を示している。また、図６〜図８は、それぞれ図３〜図５に示されたカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示している。
【００２１】
まず、図示されているカーボンナノチューブは、アセチレンを用いて、５００℃以上１０００℃以下の条件下でケイ素の基板上に成長する。この際、上記アセチレンを分解するために、鉄が触媒として用いられる。カーボンナノチューブを成長させる方法は、上記の方法に限定されるものではなく、図３に示されるようなカーボンナノチューブを、成長させることができる方法を用いることができる。
【００２２】
次に、図４に示すように、原子層成長法（atomic layer deposition（ＡＬＤ））を用い、約９．５ｎｍの厚みのＺｎＯによって、カーボンナノチューブがコーティングされる。原子層成長法を用いることによって、図７のＳＥＭ画像に表されるような、非常に絶縁性の高いＺｎＯのフィルムを得ることができる。他の蒸着技術を用いることも可能ではあるが、このような蒸着を行うことでより良い結果を得ることができる。
【００２３】
原子層成長法によってＺｎＯのコーティングを行う場合、カーボンナノチューブは窒素雰囲気下で、６０秒間、９００℃の温度下の状態におかれ、アニールされる。このアニールの結果、図５および図８に示すように、カーボンナノチューブの表面においてＺｎＯの凝集物がナノ微粒子として得られることとなる。上記カーボンナノチューブは「真珠のネックレス」のような構造を有している。
【００２４】
図９は、電界増幅係数を表すＦｏｗｌｅｒ-Ｎｏｄｈｅｉｍのプロット図である。一般的なナノチューブ（図３および図６に示すカーボンナノチューブが相当する）と、蒸着およびアニールした（図５および図８に示すカーボンナノチューブが相当する）カーボンナノチューブとの電界放出特性の平均値は、Ｆｏｗｌｅｒ-Ｎｏｄｈｅｉｍのプロット図としてまとめられ、図９に示されている。
【００２５】
【表１】
2007123280.tif 000003
【００２６】
また、表１に示すように、コーティング前のナノチューブ（蒸着時）の増幅係数は８００であり、ＺｎＯでコーティングし、アニールした後のナノチューブ（９．５ｎｍ以下のＺｎＯを処理後、９００℃でアニール処理した）の増幅係数は１９２０である。このような本発明に係るカーボンナノチューブの仕事関数は、約５ｅＶであると試算される。
【００２７】
カーボンナノチューブに電界放出特性を付与するためには、原子層成長法にて必要最小限のＺｎＯを用い、少なくとも２重の単層からなる、もしくは、１．２ｎｍ以上のカーボンナノチューブを用いることが考えられる。また、カーボンナノチューブの厚みは、カーボンナノチューブ間の平均距離の半分とすることができる。カーボンナノチューブの厚みは、具体的には、２００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００２８】
アニールを行う状況および条件は、カーボンナノチューブの表面にＺｎＯが突起物を形成するように凝集させることができればよく、特に限定されない。アニールを行う条件は、ＺｎＯのナノ構造に起因する導電率に影響する。また、アニールを行う条件は最終的な電界放出特性に影響する。たとえば、水素の条件によって、ＺｎＯの導電率を向上できることが知られている。
【００２９】
カーボンナノファイバー（ここでカーボンナノチューブとは、その直径が約１０μｍ以上である）、二酸化鉄のナノワイヤーおよびその他に性能として電界放出特性を付与するために、原子層成長法によるＺｎＯの凝集物に関する技術を応用することも可能である。
【００３０】
図１０は、ＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブの製造工程を示すフローチャート図である。図１０において、一連の製造工程を明確にするために、製造工程には番号が付されているが、この番号は製造工程の順番を決定する必要なものではない。すなわち、本製造工程は、本発明の範囲内で行われればよく、図１０に示される製造工程に限定されるものではない。たとえば、本発明の範囲内で、製造工程の一部を省略してもよく、また２以上の製造工程を平行して行ってもよい。さらに、図１０に示す製造工程の順序を適宜変更してもよい。
【００３１】
以下に、本実施の形態に係る製造方法の一例を示すが、本製造方法はこれに限定されるものではない。本製造方法は、まず、工程６００において製造を開始する。次に、工程６０２では、基板を形成する。上記基板の材料としては、ケイ素、サファイア、炭化ケイ素、石英、ガラス、プラスチックおよびその他の基板として公知な材料を用いることができる。上記基板の材料のうちケイ素を好ましく用いることができ、本製造方法の一例においてはケイ素が用いられている。工程６０２は、基板（ケイ素の基板）にｎ型不純物を添加する工程である。この工程によって基板にはｎ型の層が形成される。
【００３２】
工程６０４では、基板の表面からカーボンナノチューブを成長させる。上述したように、工程６０４では化学蒸着法を用いてもよいし、他の公知なカーボンナノチューブを成長させる方法を用いてもよい。また、カーボンナノチューブは、ピックアンドプレイス法またはハーベスティング法（harvesting process）によって形成されてもよい。さらに、上記カーボンナノチューブは、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。上記カーボンナノチューブのチューブ長の最小範囲は約２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、チューブ長の最大長は１００μｍである。概して、カーボンナノチューブの直径は約１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。
【００３３】
工程６０６では、カーボンナノチューブをＺｎＯで絶縁保護コーティングする。工程６０６において、たとえば、カーボンナノチューブをＺｎＯで絶縁保護コーティングする工程は、ＺｎＯを蒸着する工程であり、上記工程において、スパッタリング法、化学蒸着法、スピン塗布（spin-on）または原子層成長法を用いてもよい。なかでも原子層成長法を用いて、１．２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲の厚みを有するカーボンナノチューブにＺｎＯの層を蒸着する工程を含んでいることが好ましい。
【００３４】
工程６０８では、ＺｎＯをコーティングしたカーボンナノチューブをアニールする。また、工程６１０では、アニールによってカーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する。工程６１０において、ＺｎＯの突起物はカーボンナノチューブ１本当たり１００個以上１０００個以下の密度で形成される。換言すれば、工程６１０においてカーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成することは、ＺｎＯをナノ微粒子中に凝集させることを包含しているといえる。
【００３５】
ＺｎＯがコーティングされたカーボンナノチューブをアニールする工程６０８は、従属する工程６０８ａ、工程６０８ｂ、工程６０８ｃを含んでいてもよい。工程６０８ａでは、基板を約４００℃以上９５０℃以下に加熱する。次に、工程６０８ｂでは、ＺｎＯでコーティングされたカーボンナノチューブを不活性ガス雰囲気下におく。不活性ガスとしては、窒素、アルゴンまたはヘリウムを用いることができる。さらに、工程６０８ｃでは、ＺｎＯでコーティングされたカーボンナノチューブを約１０秒以上３００秒以下の間継続して保持する。
【００３６】
工程６０４は、従属する工程として、基板からカーボンナノチューブを成長させる工程６０４ａおよび工程６０４ｂを含んでいる。工程６０４ａでは、５００℃以上１０００℃以下の温度で基板を加熱する。また、工程６０４ｂでは、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）を分解させる触媒として鉄を用いる。
【００３７】
一形態において、カーボンナノチューブを上記基板から成長させる工程６０４には、直径約６０ｎｍのカーボンナノチューブを成長させる工程が含まれてもよい。また、工程６０６は、カーボンナノチューブに、約１０ｎｍのＺｎＯの層をコーティングする工程が含まれていてもよい。さらに、工程６１０は、カーボンナノチューブのチューブ長に沿って、約２０ｎｍ毎に１つのＺｎＯの突起物を形成する工程が含まれていてもよい。本形態の工程を継続することにより、上記ＺｎＯの各突起物は表面積が約３６００ｎｍ２であり、体積が約３３０００ｎｍ３のものとなる。
【００３８】
工程６０４においてＺｎＯを蒸着する厚みを減少させた場合、カーボンナノチューブの表面にＺｎＯの突起物を形成する工程６１０において、ＺｎＯの突起物間の距離は減少することとなる。また、ＺｎＯの厚みが減少するにつれ、ＺｎＯの突起物の体積も減少することとなる。
【００３９】
上記の製造方法によって、ＺｎＯの突起物でコーティングされたカーボンナノチューブを有する電界放出デバイスを供給することができる。また、上記製造方法の詳細および特徴についての上記具体例によって本発明を説明したが、本発明はこれらの具体例に限定されるものと解すべきではない。カーボンナノチューブ電界放出デバイスに加え、本発明はナノ技術の分野で用いられることが可能である。具体的には、電界放出ディスプレー、冷陰極光源、電子顕微鏡の光源、避雷器およびＸ線源の用途において応用が可能である。また、当業者が想到する範囲内において、本発明を変形および実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明におけるＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブ電界放出デバイスの部分的断面図である。
【図２】図１におけるカーボンナノチューブを拡大した部分的断面図である。
【図３】本発明におけるＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブ電界放出デバイスの製造における工程を示すものである。
【図４】本発明におけるＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブ電界放出デバイスの製造における工程を示すものである。
【図５】本発明におけるＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブ電界放出デバイスの製造における工程を示すものである。
【図６】図３に示すカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡画像である。
【図７】図４に示すカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡画像である。
【図８】図５に示すカーボンナノチューブの走査型電子顕微鏡画像である。
【図９】電界増幅係数を示すＦｏｗｌｅｒ-Ｎｏｄｈｅｉｍのプロット図である。
【図１０】本製造方法に係るＺｎＯの突起物を有するカーボンナノチューブの製造工程を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００４１】
１００  カーボンナノチューブ電界放出デバイス
１０２  基板
１０４  カーボンナノチューブ
１０８  ＺｎＯの突起物
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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