(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板と電子放出部とを含む電界放出型電子源において、
前記電子放出部が少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含み、
前記カーボンナノチューブワイヤが第一端及び該第一端と相対する第二端を含み、
前記第一端が前記導電性基板に電気的に接続され、
前記第二端が前記導電性基板から外に延び、複数の電界放出先端を含み、
各々の前記電界放出先端は、平行に配列され、分子間力で接続される複数のカーボンナノチューブを含み、
各々の電界放出先端のトップに１本のカーボンナノチューブが突出し、
前記カーボンナノチューブワイヤは、隣接する前記カーボンナノチューブの端と端とが接続されたカーボンナノチューブ束からなる束状構造又は前記カーボンナノチューブ束を撚り合わせた構造であり、
前記カーボンナノチューブワイヤの直径が１マイクロメートル〜１００マイクロメートルであることを特徴とする電界放出型電子源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出型電子源及びその製造方法に関し、特にカーボンナノチューブを使用した電界放出型電子源及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
カーボンナノチューブ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｕｂｅ,ＣＮＴ）は、新型のカーボン材料であり、日本の研究員の飯島澄男よって１９９１年に発見された（非特許文献１を参照）。カーボンナノチューブは良好な導電性能、良好な化学的安定性、大きなアスペクト比（長さと直径の比）を有し、その先端の面積が理論的に最良の寸法に達するので、先端の面積が小さいほど局部の電界が集中するという理論により、カーボンナノチューブは、現在最良の電界放出材料の一種である。また、カーボンナノチューブは、超低の電子放出電圧で超高密度の電流を伝送でき、該電流が非常に安定であるので、優れた点電子源として応用される。例えば、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などの設備の電子放出素子に応用される。
【０００３】
現在、カーボンナノチューブを使用した電界放出型電子源は、少なくとも、導電性基板及び該導電性基板に設置し、電子放出先端とするカーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブを前記導電性基板に設置する方法は、主に機械的設置方法及びインサイチュー生長方法を有する。
【０００４】
機械的設置方法は、原子間力顕微鏡又は電子顕微鏡を利用して、導電性テープ又はペーストでカーボンナノチューブを1本ずつ導電性基板に接着させるという方法である。機械的設置方法は簡単であるが、操作が不便で、効率が低い。また、この方法による電界放出型電子源は、電界放出電流が小さいという課題がある。
【０００５】
前記の機械的設置方法の課題を解決するために、インサイチュー生長方法が提供されている。インサイチュー生長方法は、導電性基板に金属触媒をメッキして、化学気相堆積法、アーク放電法又はレーザ蒸発法などの方法を利用して、前記導電性基板に直接に電界放出型電子源としてのカーボンナノチューブアレイを生長させるという方法である。前記インサイチュー生長方法は簡単で、導電性基板とカーボンナノチューブとが電気的に良く接続される。
【非特許文献１】Ｓ．Ｉｉｊｉｍａ、“Ｈｅｌｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｔｕｂｕｌｅｓ  ｏｆ  Ｇｒａｐｈｉｔｉｃ  Ｃａｒｂｏｎ”、Ｎａｔｕｒｅ、１９９１年、第３５４巻、ｐ．５６
【非特許文献２】Ｋａｉｌｉ  Ｊｉａｎｇ、Ｑｕｎｑｉｎｇ  Ｌｉ、Ｓｈｏｕｓｈａｎ  Ｆａｎ、“Ｓｐｉｎｎｉｎｇ  ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ  ｙａｒｎｓ”、Ｎａｔｕｒｅ、２００２年、第４１９巻、ｐ．８０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、該カーボンナノチューブアレイと導電性基板との間の結合力が弱いので、該カーボンナノチューブアレイが電界力で導電性基板から抜かれ、電界放出型電子源が損傷する恐れがある。また、この電界放出型電子源のカーボンナノチューブアレイにおけるカーボンナノチューブの間に生じた電磁遮蔽効果が大きいので、一部のカーボンナノチューブだけから電子が放出され、電界放出型電子源の電流密度が低下するという課題がある。
【０００７】
従って、本発明は、電界放出電流密度が大きい電界放出型電子源及びその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
導電性基板と電子放出部とを含む電界放出型電子源において、前記電子放出部は少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含み、該カーボンナノチューブワイヤは第一端及び該第一端と相対する第二端を含み、該第一端は前記導電性基板に電気的に接続され、該第二端は前記導電性基板から外に延び、複数の電界放出先端を含む。
【０００９】
前記カーボンナノチューブワイヤは、端と端が接続するカーボンナノチューブ束からなる束状構造又はねじれた構造である。
【００１０】
前記カーボンナノチューブワイヤの直径は１マイクロメートル〜１００マイクロメートルである。
【００１１】
カーボンナノチューブワイヤを提供するステップと、前記カーボンナノチューブワイヤを焼き切って、複数の電界放出先端を形成するステップと、導電性基板を提供し、複数の電界放出先端を形成するカーボンナノチューブワイヤを該導電性基板に設置し、電界放出型電子源を形成するステップと、を含む。
【００１２】
前記カーボンナノチューブワイヤを焼き切って、複数の電界放出先端を形成するステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤを空気又は酸化ガスを含む雰囲気に置き、所定のパワーを有するレーザーを利用して、所定のスキャンスピードで前記カーボンナノチューブワイヤを照射する工程と、前記カーボンナノチューブワイヤに電流を流す工程と、を含む。
【００１３】
前記カーボンナノチューブワイヤを焼き切って、複数の電界放出先端を形成するステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤを空気又は酸化ガスを含む雰囲気に置き、前記カーボンナノチューブワイヤに電流を流す工程と、同時に、所定のパワーを有するレーザーを利用して、所定のスキャンスピードで前記カーボンナノチューブワイヤを照射する工程と、を含む。
【００１４】
前記カーボンナノチューブワイヤを焼き切って、複数の電界放出先端を形成するステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤに電流を流して、該カーボンナノチューブワイヤを加熱する工程と、電子源を利用して、前記カーボンナノチューブワイヤを衝撃し、該カーボンナノチューブワイヤを焼き切る工程と、を含む。
【００１５】
前記カーボンナノチューブワイヤを焼き切って、複数の電界放出先端を形成するステップにおいて、前記カーボンナノチューブワイヤに電流を流して、該カーボンナノチューブワイヤを加熱し、焼き切る。
【００１６】
前記レーザーのパワーは１ワット〜６０ワットである。
【００１７】
前記レーザーのスキャンスピードは１００〜２０００マイクロメートル／秒である。
【発明の効果】
【００１８】
従来の電界放出型電子源と比べると、本発明の電界放出型電子源は、導電性基板及び電子放出部を含む。該電子放出部が少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。該カーボンナノチューブワイヤが複数の電界放出先端を含むので、該電界放出型電子源が大きい電界放出電流を有し、電磁遮蔽効果を減少することができる。該電界放出型電子源の製造方法が簡単で、該電界放出型電子源の効率を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態は、図１を参照すると、電界放出型電子源１０を提供する。該電界放出型電子源１０は、導電性基板１４と電子放出部とを含む。前記電子放出部は、少なくとも一本のカーボンナノチューブワイヤ１２を含む。該カーボンナノチューブワイヤ１２は、第一端１２２及び該第一端１２２と相対する第二端１２４を含む。該カーボンナノチューブワイヤ１２の第一端１２２は、導電性基板１４に電気的に接続される。該カーボンナノチューブワイヤ１２の第二端１２４は、該導電性基板１４から外に延び、複数の電界放出先端１６を含む。本実施形態において、例示として、前記カーボンナノチューブワイヤ１２は一本のカーボンナノチューブワイヤを含む。一本のカーボンナノチューブワイヤは、複数のカーボンナノチューブ束からなる束状構造（図２に示すように）又は複数のカーボンナノチューブ束からなるねじれたワイヤ構造（図３に示すように）である。前記束状構造における複数のカーボンナノチューブ束は、相互に平行して、端と端が接続される。前記ねじれたワイヤ構造における複数のカーボンナノチューブ束は、端と端が接続される。隣接するカーボンナノチューブ束が分子間力（ファンデルワールス力）で接続される。一つのカーボンナノチューブ束では、端と端が接続され、所定の方向に配列された複数のカーボンナノチューブを含む。前記カーボンナノチューブワイヤ１２の直径は１マイクロメートル〜１００マイクロメートルである。該カーボンナノチューブワイヤ１２の第二端１２４は円錐形に近似し、その直径は導電性基板から離れる方向に沿って、小さくなる。
【００２１】
図４を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤ１２の第二端１２４は、複数の突出した電界放出先端１６を含む。各々の前記電界放出先端１６は、平行に配列され、分子間力で接続される複数のカーボンナノチューブを含む。該電界放出先端１６は円錐形に近似する。該電界放出先端１６のトップに１本のカーボンナノチューブ１６２が突出している。該カーボンナノチューブワイヤ１２におけるカーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブのいずれか一種である。該カーボンナノチューブの直径が５ナノメートル以下であり、長さが１０マイクロメートル〜１００マイクロメートルである。
【００２２】
図５と図６を参照すると、前記カーボンナノチューブワイヤ１２の第二端１２４における電界放出先端１６のトップに１本のカーボンナノチューブが突出していることが分かる。前記カーボンナノチューブワイヤ１２をレーザーで焼き切った場合、それによって生じる毛細力でこれらのカーボンナノチューブが詰まるので、該カーボンナノチューブワイヤ１２が良い機械性能と導電性能を有し、該カーボンナノチューブワイヤ１２の電子放出性能が高くなることができる。該カーボンナノチューブワイヤ１２におけるカーボンナノチューブは、一般的に二層又は三層のカーボンナノチューブであり、直径が５ナノメートル以下である。しかし、直接に成長した、超配列カーボンナノチューブアレイ（Ｓｕｐｅｒａｌｉｇｎｅｄ  ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，非特許文献２を参照）におけるカーボンナノチューブは五層以上であり、直径が１５ナノメートルほどである。本発明のカーボンナノチューブワイヤ１２におけるカーボンナノチューブの層数が少なくなる原因は、レーザーの作用で一部のグラファイト層を落ちさせ、炭素を蒸発させることである。本発明のカーボンナノチューブワイヤ１２におけるカーボンナノチューブの直径が小さくなる原因は、高温に加熱されたカーボンナノチューブが引っ張り力で塑性変形され、長く、細くなることである。前記カーボンナノチューブワイヤ１２の電界放出先端１６のトップにおけるカーボンナノチューブ及び電界放出先端１６のトップから遠いカーボンナノチューブが緊密に接合するので、電界放出先端１６のトップにおけるカーボンナノチューブから生じる熱が有効に伝導されることができ、強い電界力で損害されない。
【００２３】
前記導電性基板１４の材料は、例えば、銅、タングステン、金、モリブデン、プラチナなどの導電性材料である。該導電性基板１４は、実際の応用に応じて、他の形状を設計することができる。該導電性基板１４は、絶縁性基板に形成された導電性のフィルムでもいい。
【００２４】
例えば、導電性接着剤又はカーボンナノチューブの分子間力を利用して、前記カーボンナノチューブワイヤ１２の第一端１２２を前記導電性基板１４に電気的に接続させることができる。前記カーボンナノチューブワイヤ１２の第一端１２２と前記導電性基板１４とが電気的に接続させている限り、該カーボンナノチューブワイヤ１２と導電性基板１４との位置を変化させることができる。例えば、前記カーボンナノチューブワイヤ１２と前記導電性基板１４との角度は、０〜９０°である。
【００２５】
（実施形態２）
図７を参照すると、本実施形態は、前記電界放出型電子源１０の製造方法を提供する。
【００２６】
第一ステップでは、カーボンナノチューブアレイが形成された基材を提供する。該カーボンナノチューブアレイは、超配列カーボンナノチューブアレイであることが好ましい。
【００２７】
本実施形態において、前記カーボンナノチューブアレイは、単層カーボンナノチューブ、二層カーボンナノチューブ又は多層カーボンナノチューブのいずれか一種である。該カーボンナノチューブアレイの製造方法は、化学気相堆積法を採用する。該製造方法は、次のステップを含む。ステップ（ａ）では、平らな基材を提供し、該基材はＰ型のシリコン基材、Ｎ型のシリコン基材及び酸化層が形成されたシリコン基材のいずれか一種である。本実施形態において、４インチのシリコン基材を選択することが好ましい。ステップ（ｂ）では、前記基材の表面に、均一的に触媒層を形成する。該触媒層の材料は鉄、コバルト、ニッケル及びその両種以上の合金のいずれか一種である。ステップ（ｃ）では、前記触媒層が形成された基材を７００℃〜９００℃の空気で３０分〜９０分間アニーリングする。ステップ（ｄ）では、アニーリングされた基材を反応炉に置き、保護ガスで５００℃〜７４０℃の温度で加熱した後で、カーボンを含むガスを導入して、５分〜３０分間反応を行って、超配列カーボンナノチューブアレイを成長させることができる。該カーボンナノチューブアレイの高さは1００マイクロメートル以上である。該カーボンナノチューブアレイは、互いに平行し、基材に垂直するように生長する複数のカーボンナノチューブからなる。該カーボンナノチューブアレイの面積は前記基材の面積と基本的には同じである。生長の条件を制御することによって、前記カーボンナノチューブアレイは、例えば、アモルファスカーボン及び残りの触媒とする金属粒子などの不純物を含まなくなる。
【００２８】
本実施形態において、前記カーボンを含むガスとしては例えば、アセチレン、エチレン、メタンなどの活性な炭化水素が選択され、エチレンを選択することが好ましい。保護ガスは窒素ガスまたは不活性ガスであり、アルゴンガスが好ましい。
【００２９】
本実施形態から提供されたカーボンナノチューブアレイは、前記の製造方法により製造されることに制限されなく、アーク放電法またはレーザー蒸発法で製造してもいい。
【００３０】
第二ステップでは、前記カーボンナノチューブアレイからカーボンナノチューブフィルムを引き出す。
【００３１】
まず、前記カーボンナノチューブアレイにおいて、所定の幅を有する複数のカーボンナノチューブセグメントを選択する。本実施形態では、所定の幅を有するテープを前記カーボンナノチューブアレイに接着させるので、所定の幅を有する複数のカーボンナノチューブセグメントが選択されるようになる。次に、所定の速度でカーボンナノチューブアレイが生長された方向に垂直な方向に沿って、前記複数のカーボンナノチューブセグメントを引き伸ばし、連続するカーボンナノチューブフィルムを形成する。
【００３２】
前記引き伸ばす過程において、複数のカーボンナノチューブセグメントが引っ張り力で引き伸ばされた方向に沿って、前記基材から離れ、同時に分子間力で選択された複数のカーボンナノチューブセグメント及び他のカーボンナノチューブセグメントは、端と端が接続され、連続するカーボンナノチューブフィルムを形成する。該カーボンナノチューブフィルムは、端と端が接続され、選択的な方向に沿って配列されるカーボンナノチューブ束を含む。該カーボンナノチューブフィルムにおけるカーボンナノチューブが配列された方向は、カーボンナノチューブフィルムの引き伸ばされた方向に平行する。
【００３３】
第三ステップでは、有機溶剤又は機械的な外力を利用して、前記カーボンナノチューブフィルムを処理して、カーボンナノチューブワイヤを形成する。
【００３４】
有機溶剤を利用して、前記カーボンナノチューブフィルムを処理して、カーボンナノチューブワイヤを形成する。まず、試験管で有機溶剤を前記カーボンナノチューブフィルムの表面に滴下させ、該カーボンナノチューブフィルムを浸漬する。該有機溶剤は、揮発性有機溶剤であり、アルコール、メチルアルコール、アセトン、ジクロロエタン、クロロホルムの一種又は幾種の混合物である。本実施形態において、該有機溶剤はアルコールである。該カーボンナノチューブフィルムは、前記有機溶剤に浸漬されると、発揮性の有機溶剤の表面張力によって該カーボンナノチューブフィルムにおける平行するカーボンナノチューブセグメントは、一部分がカーボンナノチューブ束を形成する。従って、該カーボンナノチューブフィルムは、カーボンナノチューブワイヤに収縮する。従って、該カーボンナノチューブワイヤは、比表面積が小さくなり、接着性がなくなり、優れた機械強度と勒性を有する。
【００３５】
または、機械的な外力で前記カーボンナノチューブフィルムを処理して、カーボンナノチューブワイヤを形成する。カーボンナノチューブアレイを接着することができるボビンを提供する。該ボビンの端部で前記カーボンナノチューブアレイを接着し、該カーボンナノチューブアレイを該ボビンに絡み付かせる。該ボビンを回転し、カーボンナノチューブアレイを離れる方向に運動させる。これにより、該カーボンナノチューブアレイが該ボビンに対して移動する場合、繊維を形成し、他のカーボンナノチューブが該繊維の周りに絡み付いて、該繊維の長さを増加するようになる。前記ボビンの回転方式は制限されず、時計回りまたは反時計回りに回転してもいい。また、前記カーボンナノチューブワイヤは、前記第一ステップのカーボンナノチューブアレイから直接に引き出されたものでもよい。
【００３６】
第四ステップでは、前記カーボンナノチューブワイヤを焼き切って、複数の電界放出先端１６を有するカーボンナノチューブワイヤ１２を形成する。前記カーボンナノチューブワイヤを焼き切る方法は、次の三種類がある。
【００３７】
第一種の方法について、図８を参照する。該図８は、電界放出型電子源１０の製造装置である。該製造装置２０は、ウィンドー２０２、導入口２０４、排気口２０６、電源２０８及び支持構造体２１０を含む。該導入口２０４は、酸化ガスを前記製造装置２０に進入させることに用いられる。該排気口２０６は、真空ポンプに接続され、該製造装置２０を所定の真空度を保持させることに用いられる。前記支持構造体２１０は、前記電源２０８に接続される。該ウィンドー２０２の材料は、レーザーが透過することができる材料である。
【００３８】
まず、前記導入口２０４を通して、前記製造装置２０に酸化ガスを注入する。前記方法で製造されたカーボンナノチューブワイヤ５０を前記支持構造体２１０に置き、該製造装置２０にレーザー３０を照射する。該レーザー３０がレンズ３１を透過して集められ、集められたレーザー３０が前記ウィンドー２０２を透過して、カーボンナノチューブワイヤ５０に垂直な方向に沿って照射される。該レーザー３０のパワーは１ワット〜６０ワットであり、スキャンスピードは１００〜２０００マイクロメートル／秒である。本実施形態において、該レーザー３０のパワーが１２ワットであり、スキャンスピードが１０００マイクロメートル／秒であることが好ましい。前記カーボンナノチューブワイヤ５０のレーザーに照射された領域は、温度が高くなり、酸素ガスで酸化される。該酸化されたカーボンナノチューブの抵抗が大きくなる。
【００３９】
前記レーザー３０で前記カーボンナノチューブワイヤ５０を照射する時間とレーザー３０のパワーは、反比例する。即ち、レーザー３０のパワーが大きくなるほど、レーザー３０で前記カーボンナノチューブワイヤ１２を照射する時間が少なくなる。該レーザー３０が二酸化炭素レーザー、半導体レーザー、紫外線レーザーなどのいずれか一種である。
【００４０】
次に、真空ポンプを利用して、前記排気口２０６を通して、前記製造装置２０を真空雰囲気にならせる。前記カーボンナノチューブワイヤ５０の両端に０．１Ｖの直流電圧を印加する。この場合、前記カーボンナノチューブワイヤ５０では、前記レーザー３０に照射された領域の温度が非常に高くなるので、該カーボンナノチューブワイヤ１２の前記レーザー３０に照射された領域が焼き切られ、複数の電界放出先端１６を有する電子放出部１２を形成する。
【００４１】
上述の方法に代わりに、前記カーボンナノチューブワイヤを真空又は不活性ガスの雰囲気に置き、該カーボンナノチューブワイヤに電流を流すと同時に、所定のパワーを有するレーザーを利用して、所定のスキャンスピードで前記カーボンナノチューブワイヤを照射する。真空又は不活性ガスの雰囲気において、該カーボンナノチューブワイヤが安定に加熱されることができる。該カーボンナノチューブワイヤのレーザーで照射された領域は、温度が高くなり続き、最後には、焼き切られ、複数の電界放出先端１６を有するカーボンナノチューブワイヤ１２が形成される。
【００４２】
第二種の方法では、まず、前記カーボンナノチューブワイヤを真空雰囲気に置き、該真空雰囲気の真空度を１×１０−４パスカル〜１×１０−５パスカルに保持する。該カーボンナノチューブワイヤに電流を通して、該カーボンナノチューブワイヤを１８００Ｋ〜２５００Ｋ程度に加熱させる。
【００４３】
次に、図９を参照すると、電子源４０を提供する。該電子源４０は熱陰極電子源又は他の電子源である。該電子源４０を電源の陰極に接続させ、前記加熱されたカーボンナノチューブワイヤ６０を電源の陽極に接続させる。前記電子源４０を前記カーボンナノチューブワイヤ６０に垂直に設置し、該カーボンナノチューブワイヤ６０の焼き切るようにする領域６２１に対向させる。該電子源４０と該カーボンナノチューブワイヤ６０の距離は、５０マイクロメートル〜２ミリメートルである。本実施形態において、該電子源４０と該カーボンナノチューブワイヤ６０の距離は、５０マイクロメートルである。該電子源４０からの電子４０１は、該電子源４０に面する前記カーボンナノチューブワイヤ６０のある領域６２１を衝撃する。該カーボンナノチューブワイヤ６０の領域６２１の温度が高くなり、焼き切られる結果となる。これにより、複数の電界放出先端１６を有するカーボンナノチューブワイヤ１２を形成する。
【００４４】
第三種の方法について、図１０と図１１を参照する。カーボンナノチューブワイヤ７０を懸架して真空室５０に置く。該真空室５０は、透明なウィンドー（図示せず）、陽極の端子５２及び陰極の端子５４を含む。該真空度は１×１０−５パスカル以下であり、２×１０−５パスカルであることが好ましい。該カーボンナノチューブワイヤ７０の両端は陽極の端子５２及び陰極の端子５４にそれぞれ電気的に接続する。本実施形態において、陽極の端子５２及び陰極の端子５４は、直径が０．５ミリメートルである銅のリード線であり、カーボンナノチューブワイヤ７０の直径が２５マイクロメートルであり、長さが２センチメートルである。
【００４５】
また、真空室の代わりに、不活性ガスで充填された反応室でもいい。該反応室の構造と真空室は同じである。該不活性ガスはアルゴンガス又はヘリウムガスである。
【００４６】
前記陽極の端子５２及び前記陰極の端子５４の間に４０Ｖの直流電圧を印加する。該電圧の大きさと前記カーボンナノチューブワイヤ７０の直径及び長さには関係がある。直流電圧の作用で該カーボンナノチューブワイヤ７０が加熱されることができる。加熱する温度は２０００Ｋ〜２４００Ｋであることが好ましく、加熱する時間は１時間以下であることが好ましい。前記加熱過程において、該カーボンナノチューブワイヤ７０を流れる電流が高くなり、しばらくすると、該カーボンナノチューブワイヤ７０が焼き切られるまで前記電流が減少する。
【００４７】
前記カーボンナノチューブワイヤ７０における異なる領域の抵抗が同じでないので、異なる領域に印加された電圧は同じではない。従って、前記カーボンナノチューブワイヤ７０を焼き切る過程において、該カーボンナノチューブワイヤ７０に対して、抵抗が大きい領域に、大きい電圧が印加され、多量の熱が生じ、最後に該カーボンナノチューブワイヤ７０が焼き切られる。焼き切られる前に、該カーボンナノチューブワイヤ７０の抵抗が大きい領域に輝点５６を有し、該カーボンナノチューブワイヤ７０が該輝点５６で焼き切られ、カーボンナノチューブワイヤ１２を形成することができる。該カーボンナノチューブワイヤ７０を焼き切る過程において、前記カーボンナノチューブワイヤ７０の焼き切るようにする領域の炭素が蒸発して、前記カーボンナノチューブワイヤ７０にスリットが形成される。前記真空室の真空度が高いので、焼き切られる領域にガスが電離する。電離して生じたイオンは前記カーボンナノチューブワイヤ１２の端部を衝撃し、該端部に複数の電界放出先端１６を形成する。
【００４８】
本実施形態では、真空の雰囲気でカーボンナノチューブワイヤを焼き切る方法を採用して、該カーボンナノチューブワイヤが焼き切られた所が汚染されることを防止することができ、加熱する過程において、該カーボンナノチューブワイヤの機械強度が高くなるから、良い電界放出の性能を有する。
【００４９】
第五ステップでは、複数の電界放出先端１６を有するカーボンナノチューブワイヤ１２を前記導電性基板１４に設置し、電界放出型電子源１０を形成する。
【００５０】
本実施形態において、複数の電界放出先端１６を有するカーボンナノチューブワイヤ１２を前記導電性基板１４に設置する方法は、導電性の接着剤を利用して、前記導電性基板１４に接着する方法である。
【００５１】
予めカーボンナノチューブワイヤを二つの導電性基板１４の間に設置する。それから、該カーボンナノチューブワイヤを焼き切って、電界放出型電子源１０を形成するようにする。また、複数の電界放出先端１６を有するカーボンナノチューブワイヤ１２を導電性基板１４に設置し、複数の電界放出先端１６を有する電界放出型電子源１０を形成するようにする。
【００５２】
図１２は、カーボンナノチューブワイヤ１２の電界放出先端１６のラマンスペクトル図である。ラマンスペクトルで分析すると、熱処理されたカーボンナノチューブワイヤ１２の電界放出先端１６のＤバンド（欠陥モード）が小さくなり、先端のＤバンドが最も小さい。即ち、カーボンナノチューブワイヤ１２の電界放出先端１６のカーボンナノチューブが焼き切られると、該カーボンナノチューブの品質が良くなる。該カーボンナノチューブの品質が良くなるのは、該カーボンナノチューブが熱処理されると、欠陥が減少し、欠陥を有するグラファイト層が高温で落ちやすくなり、品質が良いグラファイト層が残される。
【００５３】
図１３は、電界放出型電子源１０のフィールドエミッタの性能のテスト図である。該カーボンナノチューブワイヤは、焼き切られて二つの電子放出先端を形成する。該電界放出型電子源１０のフィールドエミッタの性能は、タングステンの針の先を陽極にして、テストを行う。該タングステンの針の先が二つの電子放出先端にそれぞれ相対する。該タングステンの針の先と該電子放出先端の距離は１００マイクロメートルである。前記レーザー３０で焼き切られて形成された二つの電子放出先端は両方とも小さい電圧で１.５０×１０−４アンペア以上の電界放出電流を提供することができる。該カーボンナノチューブワイヤ１２は、直径がほぼ５マイクロメートルであるので、電界放出電流の密度が７００アンペア／平方センチメートル以上となる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施形態に係る電界放出型電子源の構造を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ束からなる束状構造を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブ束からなるねじれたワイヤ構造を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブワイヤの第二端の構造を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブワイヤにおける電界放出先端の構造を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブワイヤにおける電界放出先端の構造を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る電界放出型電子源の製造方法のフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態に係る電界放出型電子源の製造装置を示す図である。
【図９】本発明の実施形態に係る電子源を利用してカーボンナノチューブワイヤを衝撃する様子を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る電流がカーボンナノチューブワイヤを流れる様子を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る電流がカーボンナノチューブワイヤを流れる様子を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るカーボンナノチューブワイヤの電界放出先端のラマンスペクトル図である。
【図１３】本発明の実施形態に係電界放出型電子源のフィールドエミッタの性能のテスト図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０  電界放出型電子源
１２  電界放出先端を有するカーボンナノチューブワイヤ
１４  導電性基板
１６  電界放出先端
２０  電界放出型電子源の製造装置
３０  レーザー
３１  レンズ
４０  電子源
５０、６０、７０  カーボンナノチューブワイヤ
５１  真空室
５２  陽極
５４  陰極
５６  輝点
１２２  カーボンナノチューブワイヤの第一端
１２４  カーボンナノチューブワイヤの第二端
１６２  カーボンナノチューブ
２０２  ウィンドー
２０４  導入口
２０６  排気口
２０８  電源
２１０  支持構造体
４０１  電子
６２１  領域
【図１】
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【図４】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図１１】
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