(57)【要約】【課題】カーボンナノチューブの形成方法及びこれを利用した電界放出素子の製造方法を提供する。【解決手段】（ｉ）基板を準備する段階、（ｉｉ）基板上にカーボンナノチューブの成長を促進させる触媒金属層を形成する段階と、（ｉｉｉ）基板の触媒金属層上に触媒金属層の活性を低下させる非活性化層を形成する段階と、（ｉｖ）非活性化層で覆われていない領域の触媒金属層の表面からカーボンナノチューブを成長させる段階と、を含むカーボンナノチューブの形成方法及びこれを利用した電界放出素子の製造方法である。これにより、電界放出素子のエミッタとして適した密度を有するカーボンナノチューブを形成することができる。【選択図】図３Ｃ
2007161575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）基板を準備する段階と、
（ｉｉ）前記基板上にカーボンナノチューブの成長を促進させるための触媒金属層を形成する段階と、
（ｉｉｉ）前記基板の触媒金属層上に前記触媒金属層の活性を低下させるための非活性化層を形成する段階と、
（ｉｖ）前記非活性化層で覆われていない、前記触媒金属層の領域の表面からカーボンナノチューブを成長させる段階と、
を含むカーボンナノチューブの形成方法。
【請求項２】
前記（ｉ）の段階と前記（ｉｉ）の段階との間には、前記基板上にシリコン（Ｓｉ）層を形成する段階をさらに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形成方法。
【請求項３】
前記非活性化層は、フラーレンを含んで形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブの形成方法。
【請求項４】
前記フラーレンはＣ６０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形成方法。
【請求項５】
前記非活性化層は、電子ビーム蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブの形成方法。
【請求項６】
前記カーボンナノチューブは、熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブの形成方法。
【請求項７】
前記触媒金属層は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ａｕ、Ｐｄ、及びこれらの合金からなる群から選択される一種以上から形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブの形成方法。
【請求項８】
前記触媒金属層は、マグネトロンスパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブの形成方法。
【請求項９】
基板、前記基板上に形成されるカソード電極、前記カソード電極を覆うゲート電極絶縁層、及び前記ゲート電極絶縁層上に形成されたゲート電極を含むパネルを準備する段階と、
前記ゲート電極及び前記ゲート電極絶縁層において、前記カソード電極を露出させるウェルを形成する段階と、
前記カソード電極上にカーボンナノチューブの成長を促進させるための触媒金属層を形成する段階と、
前記触媒金属層上に前記触媒金属層の活性を低下させるための非活性化層を形成する段階と、
前記非活性化層で覆われていない領域の触媒金属層の表面からカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブエミッタを形成する段階と、
を含む電界放出素子の製造方法。
【請求項１０】
基板、前記基板上に形成されるカソード電極、前記カソード電極を覆うシリコン層、前記シリコン層を覆うゲート電極絶縁層、及び前記ゲート電極絶縁層上に形成されるゲート電極を含むパネルを準備する段階と、
前記ゲート電極及び前記ゲート電極絶縁層において、前記シリコン層を露出させるウェルを形成する段階と、
前記シリコン層上にカーボンナノチューブの成長を促進させるための触媒金属層を形成する段階と、
前記触媒金属層上に前記触媒金属層の活性を低下させるための非活性化層を形成する段階と、
前記非活性化層で覆われていない領域の触媒金属層の表面からカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブエミッタを形成する段階と、
を含む電界放出素子の製造方法。
【請求項１１】
前記非活性化層は、フラーレンを含んで形成されることを特徴とする請求項９または１０に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１２】
前記フラーレンは、Ｃ６０であることを特徴とする請求項１１に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１３】
前記非活性化層は、電子ビーム蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１４】
前記カーボンナノチューブは、熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１５】
前記触媒金属層は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ａｕ、Ｐｄ、及びこれら金属の合金からなる群から選択される一種以上から形成されることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の電界放出素子の製造方法。
【請求項１６】
前記触媒金属層は、マグネトロンスパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって形成されることを特徴とする請求項９〜１５のいずれか１項に記載の電界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、カーボンナノチューブの形成方法及びこれを利用した電界放出素子を製造方法に係り、さらに詳細には、電界放出素子のエミッタとして適した密度を有するカーボンナノチューブを形成する方法及びこれを利用して優れた電子放出特性を有する電界放出素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）は、電界放出素子（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅ）の電子放出源、すなわちエミッタなどとして注目される物質であって、このようなカーボンナノチューブの成長方法には、熱化学気相蒸着法、アーク放電法、レーザー連動法、プラズマ化学気相蒸着法などがある。
【０００３】
このうち、熱化学気相蒸着（Ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法は、基板上に形成された電極の上部に触媒金属層を形成し、次に、約５００℃〜９００℃の温度を維持する反応器内にＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯ、またはＣＯ２のような炭素含有ガスと、Ｈ２、Ｎ２、またはＡｒガスとを共に注入することによって、触媒金属層の表面から垂直方向にカーボンナノチューブを成長させる方法である。
【０００４】
一方、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法も触媒金属を利用してカーボンナノチューブを成長させるＣＶＤ法のうち一つである。
【０００５】
図１Ａないし図１Ｃは、電界放出素子の電子放出源であるカーボンナノチューブの密度と電界放出特性との関係を示す。図１Ａは、カーボンナノチューブの間隔による電界侵入の程度を示すシミュレーション結果である。等電位線ｆから、カーボンナノチューブ（Ｃ１〜Ｃ５）の間隔が狭くなるほど電界がこれらの間に侵入されずにスクリーン形態に形成される、いわゆるスクリーン効果によって電界増強が減少することが分かる。図１Ｂ及び図１Ｃは、カーボンナノチューブの間隔による電界増強及び電子放出による電流密度の変化を示す。図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、カーボンナノチューブの間隔が約２μｍより小さな範囲では、間隔が狭くなるほど電界増強が減少し、したがって、電流密度も急激に減少する。
【０００６】
したがって、電界放出素子の電子放出源であるカーボンナノチューブを成長させるにあたって、カーボンナノチューブの密度を適正レベルに下げることによって、電界放出特性を向上させる手段が必要とされており、このために、成長されるカーボンナノチューブの密度を調節できるカーボンナノチューブの形成方法が要求されている。
【特許文献１】大韓民国特許第２００２−００４１４９７号明細書
【特許文献２】米国特許第６７６４８７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、カーボンナノチューブの密度を調節できるカーボンナノチューブの形成方法を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の他の目的は、カーボンナノチューブエミッタの密度を調節することで、優れた電子放出特性を有し、かつ、駆動電圧を下げ電界放出電流を増大できる電界放出素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明によれば、（ｉ）基板を準備する段階と、（ｉｉ）前記基板上にカーボンナノチューブの成長を促進させるための触媒金属層を形成する段階と、（ｉｉｉ）前記基板の触媒金属層上に前記触媒金属層の活性を低下させるための非活性化層を形成する段階と、（ｉｖ）前記非活性化層で覆われていない、前記触媒金属層の領域の表面からカーボンナノチューブを成長させる段階と、を含むカーボンナノチューブの形成方法が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、基板、前記基板上に形成されるカソード電極、前記カソード電極を覆うゲート電極絶縁層、及び前記ゲート電極絶縁層上に形成されたゲート電極を含むパネルを準備する段階と、前記ゲート電極及びゲート電極絶縁層において、前記カソード電極を露出させるウェルを形成する段階と、前記カソード電極上にカーボンナノチューブの成長を促進させるための触媒金属層を形成する段階と、前記触媒金属層上に前記触媒金属層の活性を低下させるための非活性化層を形成する段階と、前記非活性化層で覆われていない領域の触媒金属層の表面からカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブエミッタを形成する段階と、を含む電界放出素子の製造方法が提供される。
【００１１】
さらに、本発明によれば、基板、前記基板上に形成されるカソード電極、前記カソード電極を覆うシリコン層、前記シリコン層を覆うゲート電極絶縁層、及び前記ゲート電極絶縁層上に形成されるゲート電極を含むパネルを準備する段階と、前記ゲート電極及びゲート電極絶縁層において、前記シリコン層を露出させるウェルを形成する段階と、前記シリコン層上にカーボンナノチューブの成長を促進させるための触媒金属層を形成する段階と、前記触媒金属層上に前記触媒金属層の活性を低下させるための非活性化層を形成する段階と、前記非活性化層で覆われていない領域の触媒金属層の表面からカーボンナノチューブを成長させてカーボンナノチューブエミッタを形成する段階と、を含む電界放出素子の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、カーボンナノチューブの密度を調節できるカーボンナノチューブの形成方法を提供することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、カーボンナノチューブエミッタの密度を調節することによって、優れた電子放出特性を有し、かつ、駆動電圧を下げ電界放出電流を増大できる電界放出素子の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明によれば、（ｉ）基板を準備する段階と、（ｉｉ）前記基板上にカーボンナノチューブの成長を促進させるための触媒金属層を形成する段階と、（ｉｉｉ）前記基板の触媒金属層上に前記触媒金属層の活性を低下させるための非活性化層を形成する段階と、（ｉｖ）前記非活性化層で覆われていない、前記触媒金属層の領域の表面からカーボンナノチューブを成長させる段階と、を含むカーボンナノチューブの形成方法が提供される。
【００１５】
以下、添付された図面を参照して本発明の一実施形態によるカーボンナノチューブの形成方法及びこれを利用した電界放出素子の製造方法について詳細に説明する。
【００１６】
図２Ａは、触媒金属層上に一般的な非活性化層が形成された場合の、前記非活性化層の分布を示す模式図である。ここで、非活性化層５は、触媒金属層４の表面を部分的に覆うように形成されてカーボンナノチューブの成長を促進させるための触媒金属層４の機能、すなわち触媒金属層４の活性を低下させる役割を果たす。なお、ここで、非活性化層５は、金属または各種酸化物から形成されるが、この場合、前記非活性化層５は、触媒金属層４上に塊状に分布され、これらの塊は、互いに密集されてその間隔が稠密になり、一部は互いに凝集されて一層大きな塊を形成するようになる。したがって、この場合には、触媒金属層４の活性表面が非活性化層５によって過度に覆われるようになって、後述するカーボンナノチューブが触媒金属層４上に形成される場合にカーボンナノチューブの密度が過度に低くなるという問題点がある。
【００１７】
一方、図２Ｂは、触媒金属層上に非活性化層としてフラーレンが形成された場合の、前記非活性化層の分布を示す模式図である。この場合、非活性化層４５は、図２Ａの場合と同様に、触媒金属層４０上に塊状に分布されるが、前記塊の間の間隔は、図２Ａの場合に比べて広く、これらの塊は、互いに凝集されずに一定の間隔で規則的に配列される。参考として、フラーレンは、非極性分子から構成されるので、前記分子間にはファンデルワールス力のみ作用し、すなわち、分子間の引力は非常に弱いために結晶を維持し難い。したがって、大きなフラーレンの結晶を得難く、かつ結晶中に入っているフラーレン分子も周囲から受ける力が非常に弱いため、これらの分子は、互いに遠く離れているような動きを示す。
【００１８】
図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の一実施形態によるカーボンナノチューブの形成方法を示す断面概略図であり、図４は、本発明の一実施形態による化学気相蒸着法（ＣＶＤ）の工程条件を示すグラフである。
【００１９】
まず、図３Ａに示すように、上面にシリコン層３０が形成された基板１０が設けられ、シリコン層３０上に触媒金属層４０が形成される。ここで、基板１０は、ガラスから形成されることが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記基板１０は、金属など多様な素材から形成されることが可能であり、ＣＶＤ工程での変形に耐えられる素材であればよい。
【００２０】
シリコン層３０は、非晶質シリコンからなっても良く、結晶質またはその他の形態のシリコンからなってもよい。しかし、シリコン層が不要な場合もある。このように基板１０上にシリコン層が形成されない場合には、前記触媒金属層４０が、前記基板１０上に直接形成される。シリコン層が含まれる場合には、含まれない場合に比べて熱吸収率が増加し、後述する非活性化層の形成温度をより低くすることが可能となる。
【００２１】
触媒金属層４０は、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣＯ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ａｕ、Ｐｄ、またはこれらの金属の合金を前記シリコン層３０または基板１０の表面に蒸着させることで形成されうる。触媒金属層４０は、ＣＶＤ法でカーボンナノチューブを成長させる時、その表面でカーボンナノチューブを垂直に成長させる。
【００２２】
前記触媒金属層４０は、マグネトロンスパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって形成されることが好ましい。
【００２３】
シリコン層３０または基板１０上に触媒金属層４０が形成された後、図３Ｂに示すように、前記触媒金属層４０上に非活性化層４５が形成される。
【００２４】
前記非活性化層４５は、フラーレンを含んで形成されることが好ましく、フラーレンのみから形成されることがより好ましい。前述したように非活性化層４５を構成するフラーレンの塊は、互いに凝集せずに触媒金属層４０上で一定の間隔をおいて規則的に配列されうる。
【００２５】
前記非活性化層４５を形成するために使用されるフラーレンとしては、Ｃ６０が利用されることが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他にＣ７０、Ｃ８０など、他の様々なフラーレンが利用されうる。なお、本発明におけるフラーレンとは、フラーレン誘導体を含む広い概念を意味している。
【００２６】
また、非活性化層４５は、電子ビーム蒸着法によって形成されることが好ましい。本実施形態において、非活性化層４５を構成するフラーレンとしてＣ６０が利用され、前記Ｃ６０は、蒸発器を利用して、好ましくは１．３３×１０−４Ｐａ（１×１０−６Ｔｏｒｒ）以下、３００〜６００℃の温度範囲で、より好ましくは１．３３×１０-５Ｐａ（１×１０-７Ｔｏｒｒ）の真空圧力下、約４５０℃以上の温度で昇華されて触媒金属層４０上に蒸着されうる。圧力が１．３３×１０−４Ｐａ（１×１０−６Ｔｏｒｒ）を超えると、熱蒸発器内部に残留する酸素とフラーレンとが反応して酸化しうる。また、温度については、３００〜６００℃の場合、熱蒸発器でフラーレンが蒸発可能であるが、３００℃を下回るとフラーレンの蒸発が効率的でなく、６００℃を上回ると蒸着により形成される非活性化層４５の厚さの調節が困難となりうる。
【００２７】
触媒金属層４０上に非活性化層４５が形成された後には、図３Ｃに示すように、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法により基板１０の触媒金属層４０上にカーボンナノチューブ５０が成長される。カーボンナノチューブを成長させる方法としては、熱化学気相蒸着（ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ）法が利用されることが好ましい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）法など、非活性化層で覆われていない領域の触媒金属層の表面からカーボンナノチューブを成長させることが可能であれば、他の多様な方法が利用されうる。
【００２８】
本実施形態では、熱化学気相蒸着法が利用され、カーボンナノチューブ５０を成長させる工程は、一定の温度に維持される反応器内で所定の体積組成比を有するＣＯとＨ２とが混合された混合ガス雰囲気下で行われることが好ましい。具体的に、カーボンナノチューブの成長工程は、真空雰囲気下でのフラーレンの分解温度が約８３０℃のため、カーボンナノチューブの成長条件や成長方式に応じて３００℃〜８００℃が可能である。また、成長させるための時間については、特に制限されることはない。本実施形態では、図４に示すように、５００℃の温度で４０分間行った。また、ここで、ＣＯ：Ｈ２の体積組成比は、１：２〜３：２で維持されることが好ましく、圧力は、２．６７×１０４Ｐａ（２００Ｔｏｒｒ）で一定に維持されることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、前記カーボンナノチューブを成長させる工程は、非等温的に行われても良く、ＣＯ：Ｈ２の体積組成比は、他の多様な値に設定されてもよい。また、カーボンナノチューブ５０は、以下に限定されることはないが、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、ＣＯ、及びＣＯ２などから選択される少なくとも一つの炭素含有ガスと、Ｈ２、Ｎ２、及びＡｒなどから選択される少なくとも一つのガスが反応器に共に注入されることによって形成されてもよい。以下で、更に具体的に説明する。カーボンナノチューブ５０を成長させるために反応器を昇温させる工程は、好ましくは１℃／分〜５００℃／分の昇温速度で、より好ましくは５℃／分の昇温速度で昇温されうる。本実施形態においては、ガラス基板を使用しているため、急激な昇温は基板の変形を引き起こす場合があり、５℃／分の昇温速度で昇温を行った。ガラス基板以外の材質の基板を用いる場合には、前記１℃／分〜５００℃／分の昇温速度でありうる。昇温終了後の恒温温度については、前述の通り、真空雰囲気下でのフラーレンの分解温度が約８３０℃のため、カーボンナノチューブの成長条件や成長方式に応じて３００℃〜８００℃が可能である。このことは、後述する降温の場合も同様である。なお、図４においては、５００℃まで昇温された。また、Ｎ２ガス雰囲気下で、昇温時間は特に制限されることはないが、図４においては、８１分間行われた。一方、カーボンナノチューブ５０の成長後の反応器を降温させる工程における好ましい降温速度は、前記昇温速度の場合と同様である。なお、図４においては、２０℃まで降温された。また、Ｎ２ガス雰囲気下で、降温時間もまた特に制限されることはないが、図４においては、９６分間行われた。
【００２９】
前記のようなカーボンナノチューブを成長させる工程によって触媒金属層４０の表面にカーボンナノチューブ５０が形成されるが、前述したように触媒金属層４０上には、塊状の非活性化層４５が所定の間隔で規則的に配列される。したがって、カーボンナノチューブ５０は、図３Ｃに示すように、触媒金属層４０の非活性化層４５で覆われていない表面上より、触媒金属層４０の表面に対して垂直な方向に成長する。
【００３０】
すなわち、カーボンナノチューブ５０は、非活性化層４５の表面では成長せず、触媒金属層４０の表面でのみ成長する。したがって、カーボンナノチューブ５０は、触媒金属層４０が非活性化層４５で覆われることによる触媒金属層４０の非活性化がなされた程度によって、様々な間隔を有するように分布しうる。すなわち、触媒金属層４０の活性表面積を減らし、これによって触媒金属層４０の表面におけるカーボンナノチューブ５０の成長密度を低くすることができる。
【００３１】
カーボンナノチューブを成長させる工程は、前述したように等温的に行われることが好ましく、反応器の温度を上昇させたり、または反応器の温度を室温まで冷却させる工程は、窒素雰囲気下で行われることが好ましい。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、カーボンナノチューブを成長させる工程の前後で行われる反応器の温度を昇温させる工程または降温させる工程は、ヘリウムなどの他の不活性ガスの雰囲気下で行われてもよい。
【００３２】
以上で説明されたカーボンナノチューブの形成方法は、後述する電界放出素子のエミッタ形成に限定されるものではなく、触媒金属層の種類と厚さ、非活性化層の種類と厚さなどの条件は、カーボンナノチューブの用途によって異なりうる。
【００３３】
次に、本発明の一実施形態による電界放出素子の製造方法について詳細に説明する。
【００３４】
図５Ａ〜図５Ｄは、本発明の一実施形態による電界放出素子の製造方法を示す工程図である。
【００３５】
まず、図５Ａに示すように基板１０の上面にカソード電極２０、シリコン層３０、前記カソード電極２０を覆うゲート電極絶縁層６０、ゲート電極７０、及びフォトレジスト層９０が形成され、これらがパネルを構成する。一例として、ガラスからなる基板１０の上面にＭｏまたはＣｒ電極をパターニングし、その上にこれを覆う非晶質シリコン層３０が形成されることが好ましい。しかし、シリコン層が不要な場合は、シリコン層３０は形成されなくてもよい。
【００３６】
シリコン層３０上に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの絶縁性物質からなるゲート電極絶縁層６０が形成され、その上にＣｒなどの金属が蒸着された後にパターニングされてゲート電極７０が形成される。また、所定の位置にゲート電極７０及びゲート電極絶縁層６０を貫通するウェル８０が形成されて、その底にシリコン層３０またはシリコン層３０のない場合にはカソード電極２０が露出する。
【００３７】
次に、図５Ｂに示すように、触媒金属層４０が蒸着される。この時、触媒金属層４０は、ウェル８０の底に露出されているシリコン層３０またはシリコン層３０のない場合にはカソード電極２０、及びフォトレジスト層９０上に蒸着される。触媒金属層４０は、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣＯ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ、Ａｕ、Ｐｄ、またはこれらの金属の合金を含んで形成されることが好ましい。
【００３８】
次に、図５Ｃに示すように、触媒金属層４０上に非活性化層４５が形成される。前記非活性化層４５は、前述した電子ビーム蒸着法によって形成されることが好ましい。前記非活性化層は、前述のようにフラーレンを含んで形成されることが好ましい。そして、前記フラーレンは、前述のようにＣ６０であることが好ましい。また、このように非活性化層４５が形成される工程において、基板１０は、以下に制限されることはないが、例えば１００℃の温度で一定に維持されうる。
【００３９】
触媒金属層４０及び非活性化層４５がシリコン層３０またはカソード電極２０の表面に選択的に蒸着されるために、リフトオフ法（フォトレジストリフトオフ法）が利用されることが好ましく、蒸着方法としては、マグネトロンスパッタリングまたは電子ビーム蒸着法が利用されることが好ましい。
【００４０】
次に、非活性化層４５が形成された触媒金属層４０の表面にカーボンナノチューブ５０が形成される。カーボンナノチューブ５０を成長させる方法として、前述した熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法が利用されることが好ましい。
【００４１】
図５Ｄに示すように、触媒金属層４０の表面のうち非活性化層４５で覆われていない領域からカーボンナノチューブ５０が形成され、前記カーボンナノチューブ５０は、互いに所定の間隔を有するように分布する。すなわち、前記カーボンナノチューブ５０は、触媒金属層４０の表面で低い密度で形成され、電界放出素子のエミッタとして使われる場合、電界増強及び電流密度を増加させ、優れた電界放出特性を有するカーボンナノチューブエミッタとなりうる。
【００４２】
これにより、前記のような構成を有するカーボンナノチューブエミッタを備えた電界放出素子は、低い駆動電圧と高い電界放出電流を有することができる。
【００４３】
図６Ａは、本発明の一実施形態による化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって形成された電界放出素子のカーボンナノチューブエミッタを示すＳＥＭ画像であり、図６Ｂは、前記図６Ａの比較例であって、従来のＣＶＤ法によって形成された電界放出素子のカーボンナノチューブエミッタの一例を示すＳＥＭ画像である。
【００４４】
図６Ｂは、実質的に非活性化層が形成されていない例を示し、図６Ａは、約１００℃の基板温度で触媒金属層上に非活性化層が形成された後、約５００℃の温度で成長されたカーボンナノチューブの状態を示す。
【００４５】
図６Ａに示すように、触媒金属層上に非活性化層が先に形成された後、前記触媒金属層上にＣＶＤによりカーボンナノチューブが形成された場合、カーボンナノチューブの密度が図６Ｂの場合に比べて明確に減ったことが確認される。すなわち、カーボンナノチューブ間の間隔は大きくなり、かつこれらの配列は不規則になった。カーボンナノチューブの配列が不規則になったのは、カーボンナノチューブの密度が小さくなったことで、カーボンナノチューブのそれぞれが隣接した他のカーボンナノチューブにより支持される力が弱くなったためであると考えられる。
【００４６】
それぞれの場合についてカーボンナノチューブの密度を測定した結果、図６Ａの場合は１．４７×１０９個／ｃｍ２、図６Ｂの場合は１．２３×１０１１個／ｃｍ２であり、カーボンナノチューブの密度が画期的に小さくなったことが確認された。カーボンナノチューブの密度は必要に応じて、１．４７×１０９個／ｃｍ２未満にしてもよい。
【００４７】
図６Ａ及び図６Ｂのそれぞれにおいて、左側のＳＥＭ画像は、実物サイズを６０，０００倍に拡大したものであり、右側のＳＥＭ画像は、実物サイズを１５０，０００倍に拡大したものである。
【００４８】
以上、本発明を、図面に示す一実施形態を参照として説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的範囲は、特許請求の範囲により決定されねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、電界放出素子関連の技術分野に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】電界放出素子の電子放出源であるカーボンナノチューブの密度と電界放出特性との関係を示す図である。
【図１Ｂ】電界放出素子の電子放出源であるカーボンナノチューブの密度と電界放出特性との関係を示す図である。
【図１Ｃ】電界放出素子の電子放出源であるカーボンナノチューブの密度と電界放出特性との関係を示す図である。
【図２Ａ】触媒金属層上に一般的な非活性化層が形成された場合の、前記非活性化層の分布を示す模式図である。
【図２Ｂ】触媒金属層上に非活性化層としてフラーレンが形成された場合の、前記非活性化層の分布を示す模式図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態によるカーボンナノチューブの形成方法を示す断面概略図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態によるカーボンナノチューブの形成方法を示す断面概略図である。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態によるカーボンナノチューブの形成方法を示す断面概略図である。
【図４】本発明の一実施形態によるＣＶＤ法の工程条件を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による電界放出素子の製造方法を示す断面概略図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による電界放出素子の製造方法を示す断面概略図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態による電界放出素子の製造方法を示す断面概略図である。
【図５Ｄ】本発明の一実施形態による電界放出素子の製造方法を示す断面概略図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態によるＣＶＤ法によって形成された電界放出素子のカーボンナノチューブエミッタを示すＳＥＭ画像である。
【図６Ｂ】従来のＣＶＤ法によって形成された電界放出素子のカーボンナノチューブエミッタの一例を示すＳＥＭ画像である。
【符号の説明】
【００５１】
４、４０    触媒金属層、
５、４５    非活性化層、
１０    基板、
２０    カソード電極、
３０    シリコン層、
５０    カーボンナノチューブ、
６０    ゲート電極絶縁層、
７０    ゲート電極、
８０    ウェル、
９０    フォトレジスト層。
【図１Ａ】
2007161575.tif 000003
【図１Ｂ】
2007161575.tif 000004
【図１Ｃ】
2007161575.tif 000005
【図２Ａ】
2007161575.tif 000006
【図２Ｂ】
2007161575.tif 000007
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2007161575.tif 000009
【図３Ｃ】
2007161575.tif 000010
【図４】
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【図５Ａ】
2007161575.tif 000012
【図５Ｂ】
2007161575.tif 000013
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
2007161575.tif 000016
【図６Ｂ】
2007161575.tif 000017