JP2000223012A - Electron emitting source and manufacture thereof - Google Patents
Electron emitting source and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子放出源の製造
方法及び電子放出源に関する。The present invention relates to a method for manufacturing an electron emission source and an electron emission source.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電界電子放出源は、熱エネルギを利用す
る電子源（熱電子放出源）に比べ、省エネルギで長寿命
化が可能など、優れた点が多い。現在、このような電界
電子放出源の材料としては、シリコン等の半導体、タン
グステン、モリブデン等の金属が知られている。2. Description of the Related Art A field electron emission source has many advantages compared to an electron source utilizing thermal energy (thermoelectron emission source), such as energy saving and a longer life. At present, as a material of such a field electron emission source, a semiconductor such as silicon and a metal such as tungsten and molybdenum are known.
【０００３】電界電子放出源は、その先端に電界を集中
させるため、鋭利な先端を持たなければならない。しか
しながら、タングステン等の金属材料の先端を鋭利に加
工することは容易ではない。また、使用中に電界電子放
出源の先端の鋭利さを保つためには、電子管内を１０
−８Ｔｏｒｒ台以上の高真空にする必要もある。このよ
うに、金属材料を用いた電界電子放出源は、その製造が
非常に困難であるとともに、その後の電子管の製造も困
難にする。A field electron emission source must have a sharp tip in order to concentrate an electric field at the tip. However, it is not easy to sharpen the tip of a metal material such as tungsten. In order to maintain the sharpness of the tip of the field electron emission source during use, the inside of the electron
It is also necessary to apply a high vacuum of the order of -8 Torr or higher. As described above, the field electron emission source using the metal material is very difficult to manufacture, and also makes the subsequent manufacture of the electron tube difficult.
【０００４】最近、上記の様な欠点を持たない電界電子
放出源の材料として、カーボンナノチューブが注目され
ている。カーボンナノチューブは、それ自体が電界を集
中させるのに充分な鋭利さを持ち、化学的に安定で、機
械的にも強靱であるという特徴を持つため、電界電子放
出源として非常に有望視されている。Recently, attention has been paid to carbon nanotubes as a material for a field electron emission source that does not have the above-mentioned disadvantages. Carbon nanotubes are very promising as a field electron emission source because they have sharpness sufficient to concentrate the electric field, are chemically stable, and are mechanically tough. I have.
【０００５】従来のカーボンナノチューブの製造方法と
して、特開平６−２８０１１６号公報に記載されている
ように、圧力２００Ｔｏｒｒ〜２５００ＴｏｒｒのＨｅ
等のガス雰囲気中で、カーボン直流アーク放電により、
陰極のカーボン電極にカーボンナノチューブを成長させ
る方法がある。前記方法では、陰極のカーボン電極上の
無定形炭素の殻（シェル（ｓｈｅｌｌ））の内部（コア
（ｃｏｒｅ））に、カーボンナノチューブ等の集積部が
形成され、前記殻からカーボンナノチューブを採集する
ようにしている。As a conventional method for producing carbon nanotubes, as described in JP-A-6-280116, He at a pressure of 200 Torr to 2500 Torr is used.
In a gas atmosphere such as
There is a method of growing carbon nanotubes on the carbon electrode of the cathode. In the above method, an integrated portion such as a carbon nanotube is formed inside an amorphous carbon shell on an anode carbon electrode, and the carbon nanotube is collected from the shell. I have to.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】前記従来のカーボンナ
ノチューブの製造方法においては、殻からカーボンナノ
チューブを採集するため、カーボンナノチューブの採集
が極めて煩雑になるという問題があった。従って、前記
のようにして得られたカーボンナノチューブを用いて電
子放出源を製造するためには、極めて煩雑な工程が必要
になるという問題があった。In the conventional method for producing carbon nanotubes, since the carbon nanotubes are collected from the shell, there is a problem that the collection of the carbon nanotubes becomes extremely complicated. Therefore, in order to manufacture an electron emission source using the carbon nanotubes obtained as described above, there is a problem that an extremely complicated process is required.
【０００７】本発明は、製造が容易な電子放出源の製造
方法を提供することを課題としている。また、本発明
は、製造が容易な電子放出源を提供することを課題とし
ている。An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electron emission source which is easy to manufacture. Another object of the present invention is to provide an electron emission source that is easy to manufacture.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、所定ガ
ス１０Ｔｏｒｒから１０−４Ｔｏｒｒの雰囲気中でグラ
ファイト又は所定の触媒金属を含有するグラファイトか
ら成る粒子生成用材料を加熱することにより粒子を生成
し、前記粒子を基板に被着してエミッタとして使用する
ことを特徴とする電子放出源の製造方法が提供される。According to the present invention, particles are formed by heating a particle-forming material made of graphite or graphite containing a predetermined catalytic metal in an atmosphere of a predetermined gas of 10 Torr to 10 -4 Torr. A method for producing an electron emission source is provided, wherein the produced particle is applied to a substrate and used as an emitter.
【０００９】前記ガスは、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４等の炭化
水素系ガス、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２あるいは
ＨｅやＡｒ等の希ガスを使用することができる。また、
前記触媒金属は、Ｎｉ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｒｈ、
Ｗ、Ｖ、Ｐｄ又はこれらの混合物のいずれかを使用する
ことができる。The gas may be a hydrocarbon-based gas such as C 2 H 2 or C 2 H 4 , CO, CO 2 , O 2 , H 2 , N 2 or a rare gas such as He or Ar. . Also,
The catalyst metal is Ni, Y, Fe, Co, Pt, Rh,
Any of W, V, Pd or mixtures thereof can be used.
【００１０】さらに、前記基板は、前記粒子生成用材料
に対向して配設され、前記粒子を直接被着することによ
り前記エミッタを形成するようにしてもよい。さらにま
た、前記基板には、直流バイアス又はＲＦバイアスを印
加するようにしてもよい。また、前記基板に、ペースト
状又は粉体状の前記粒子を被着することにより前記エミ
ッタを形成するようにしてもよい。[0010] Further, the substrate may be provided so as to face the material for generating particles, and the emitter may be formed by directly applying the particles. Furthermore, a DC bias or an RF bias may be applied to the substrate. Further, the emitter may be formed by applying the paste-like or powder-like particles to the substrate.
【００１１】また、前記基板は、第１の電極、抵抗層、
絶縁層、第２の電極及びリフトオフ層が積層されると共
に前記抵抗層が露出するように凹部が形成されて成り、
前記基板に前記粒子を被着させた後、前記リフトオフ層
を除去することにより、電子放出源を製造するようにし
てもよい。Further, the substrate includes a first electrode, a resistance layer,
An insulating layer, a second electrode, and a lift-off layer are stacked, and a recess is formed so that the resistance layer is exposed;
After depositing the particles on the substrate, the lift-off layer may be removed to produce an electron emission source.
【００１２】本発明の電子放出源は、所定ガス１０Ｔｏ
ｒｒから１０−４Ｔｏｒｒの雰囲気中で、グラファイト
又は所定の触媒金属を含有するグラファイトから成る粒
子生成用材料を加熱することにより粒子を発生させて前
記粒子を基板に被着してエミッタとして使用することを
特徴としている。The electron emission source according to the present invention is a predetermined gas of 10 To.
Particles are generated by heating a particle-forming material made of graphite or graphite containing a predetermined catalyst metal in an atmosphere of rr to 10 -4 Torr, and the particles are attached to a substrate and used as an emitter. It is characterized by:
【００１３】また、本発明の電子放出源は、第１の電極
と第２の電極間に、その表面にカーボンナノチューブを
有する粒子により形成されたエミッタを配設して成るこ
とを特徴としている。第１の電極と第２の電極間に電圧
を印加することにより、エミッタから電子が放出され
る。Further, the electron emission source of the present invention is characterized in that an emitter formed of particles having carbon nanotubes on its surface is disposed between a first electrode and a second electrode. By applying a voltage between the first electrode and the second electrode, electrons are emitted from the emitter.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態に係る電子放出源の製造方法に使用する装置の概略図
である。図１において、ＳＵＳ３０４で形成され陽極と
して機能するチャンバ１０１内には、陰極１０２及びＭ
ｏにより形成されたトリガ電極１０３が配設されてい
る。粒子生成用材料である陰極１０２の材料として、グ
ラファイトやＮｉ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、
Ｖ、Ｐｄ又はこれらの混合物等の触媒金属を含有するグ
ラファイト等、グラファイトを使用した種々の材料が使
用できる。FIG. 1 is a schematic view of an apparatus used for a method of manufacturing an electron emission source according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a cathode 102 and a M are provided in a chamber 101 formed of SUS304 and functioning as an anode.
The trigger electrode 103 formed by o is provided. As a material of the cathode 102 which is a material for generating particles, graphite, Ni, Y, Fe, Co, pt, Rh, W,
Various materials using graphite, such as graphite containing a catalytic metal such as V, Pd or a mixture thereof, can be used.
【００１５】例えば、グラファイト（純度９９．９９８
ｗｔ％）やＮｉ−Ｙ含有グラファイト（Ｎｉ；１４．６
ｗｔ％、Ｙ；４．９ｗｔ％）、Ｎｉ含有グラファイト
（Ｎｉ；３．２ｗｔ％）、Ｙ含有グラファイト（Ｙ；
０．８２ｗｔ％）、Ｆｅ含有グラファイト（Ｆｅ；３．
０ｗｔ％）又はＣｏ含有グラファイト（Ｃｏ；３．０ｗ
ｔ％）等の触媒金属を含有するグラファイト等が利用で
きる。For example, graphite (purity 99.998)
wt.%) or Ni-Y containing graphite (Ni; 14.6).
wt%, Y: 4.9 wt%), Ni-containing graphite (Ni; 3.2 wt%), Y-containing graphite (Y;
0.82 wt%), Fe-containing graphite (Fe; 3.
0 wt%) or Co-containing graphite (Co; 3.0w)
For example, graphite containing a catalyst metal such as (t%) can be used.
【００１６】また、チャンバ１０１の外部には、絶縁部
材１０４を介して、保護抵抗１０５、アーク放電時に流
れる電流を検出するための電流計１０６及びアーク放電
を行うための電源（図示せず）が設けられている。Outside the chamber 101, a protection resistor 105, an ammeter 106 for detecting a current flowing at the time of arc discharge, and a power supply (not shown) for performing arc discharge are provided via an insulating member 104. Is provided.
【００１７】チャンバ１０１を圧力１ＰａのＨｅ雰囲気
にして、直流１００Ａのアーク電流を流して１秒間アー
ク放電させて、陰極１０２を局所的に加熱させると、陰
極１０２を構成する陰極材料が飛散して、微少の粒子で
ある飛散小滴（Ｄｒｏｐｌｅｔ）が生じる。尚、アーク
放電を生じさせる方式として、パルスを供給するパルス
アーク放電方式でもよい。When the chamber 101 is placed in a He atmosphere at a pressure of 1 Pa, an arc current of DC 100 A is applied to cause arc discharge for 1 second, and the cathode 102 is locally heated, whereby the cathode material constituting the cathode 102 is scattered. And scattered droplets (droplets), which are minute particles, are generated. Note that a pulse arc discharge method for supplying a pulse may be used as a method for generating arc discharge.
【００１８】前記粒子の表面には、一度溶融した炭素集
合体が急冷される際に再結晶して、炭素あるいは炭素と
触媒金属の化合物を核として、多数のカーボンナノチュ
ーブが形成される。チャンバ１０１の内壁に付着した前
記粒子を収集して電子放出源用基板に被着させる、ある
いは、チャンバ１０１に電子放出源用基板を配設してこ
れに前記粒子を直接被着させる等の方法により、前記粒
子を、電子を放出するエミッタとして電子放出源に適用
することができる。On the surface of the particles, the carbon aggregate once melted is rapidly cooled and recrystallized to form a large number of carbon nanotubes using carbon or a compound of carbon and a catalyst metal as a nucleus. A method of collecting the particles adhered to the inner wall of the chamber 101 and attaching the particles to the substrate for an electron emission source, or disposing a substrate for an electron emission source in the chamber 101 and directly attaching the particles to the substrate. Thereby, the particles can be applied to an electron emission source as an emitter for emitting electrons.
【００１９】図２は、前記条件下で生成された前記粒子
を収集して走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した写
真である。細い線状に見える部分がカーボンナノチュー
ブである。前記方法によって、その表面が多数のカーボ
ンナノチューブによって覆われた粒子が生成しているこ
とがわかる。また、図３は、前記粒子を収集して透過型
電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察した写真であり、多層
カーボンナノチューブが生成していることがわかる。FIG. 2 is a photograph of the particles generated under the above conditions collected and observed by a scanning electron microscope (SEM). The portion that looks like a thin line is the carbon nanotube. It can be seen that the method produces particles whose surface is covered by a large number of carbon nanotubes. FIG. 3 is a photograph of the particles collected and observed with a transmission electron microscope (TEM), which shows that multi-walled carbon nanotubes have been generated.
【００２０】図４は、本発明の実施の形態に係る電子放
出源を示す図で、前記方法によって生成した粒子を収集
して、これをエミッタとして利用した電子放出源の部分
側断面面図である。図４において、ガラス製の基板４０
１、第１の電極としてのカソード電極４０２、抵抗層４
０３、絶縁層４０４及び第２の電極としてのゲート電極
４０５が積層配設されると共に、抵抗層４０３が露出す
るように凹部４０７が形成されている。FIG. 4 is a view showing an electron emission source according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a partial sectional side view of an electron emission source that collects particles generated by the above method and uses the collected particles as an emitter. is there. In FIG. 4, a glass substrate 40 is shown.
1. Cathode electrode 402 as first electrode, resistance layer 4
03, an insulating layer 404 and a gate electrode 405 as a second electrode are laminated, and a recess 407 is formed so that the resistance layer 403 is exposed.
【００２１】尚、基板４０１として、電子放出源の構造
に応じて、セラミック製の基板、半導体性や導電性の基
板又はプラスチック製基板等、絶縁体、半導体あるいは
金属導体によって形成された各種基板を適宜使用するこ
とができる。また、後述するように、チャンバ内で直接
カーボンナノチューブを被着させる場合には、基板に直
接、直流バイアスやＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ）バイアスを加えて、生成条件を制御することもで
きる。As the substrate 401, various substrates formed of an insulator, a semiconductor, or a metal conductor, such as a ceramic substrate, a semiconductive or conductive substrate, or a plastic substrate, may be used depending on the structure of the electron emission source. It can be used as appropriate. Further, as described later, when carbon nanotubes are directly deposited in the chamber, a direct current bias or RF (Radio Frequency) is directly applied to the substrate.
cy) A bias may be applied to control the production conditions.
【００２２】凹部４０７内の抵抗層４０３上には、前述
の如くして得られた粒子４０６がペースト状にされて厚
膜印刷され、あるいは粉体塗布の方法等により被着され
て、エミッタ層を形成している。尚、過電流防止のため
の抵抗層４０３を用いる必要がない場合には、粒子４０
６はカソード電極４０２上に直接被着される。On the resistive layer 403 in the recess 407, the particles 406 obtained as described above are made into a paste and printed in a thick film, or are applied by a powder coating method or the like to form an emitter layer. Is formed. If it is not necessary to use the resistance layer 403 for preventing overcurrent, the particles 40
6 is directly deposited on the cathode electrode 402.
【００２３】以上のように構成された電子放出源は、カ
ソード電極４０２とゲート電極４０５の間に電圧を印加
することにより、電界の作用によって、エミッタを形成
する粒子４０６から電子が放出される。これを電子管等
の表示装置のカソードして用いることができる。In the electron emission source configured as described above, by applying a voltage between the cathode electrode 402 and the gate electrode 405, electrons are emitted from the particles 406 forming the emitter by the action of an electric field. This can be used as a cathode of a display device such as an electron tube.
【００２４】尚、本実施の形態においては、チャンバ１
０１を圧力１ＰａのＨｅ雰囲気にして行ったが、Ｃ２Ｈ
２、Ｃ２Ｈ４等の炭化水素系ガス、ＣＯ、ＣＯ２、
Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２あるいは各種の希ガス中で、１０Ｔｏ
ｒｒ以下の低圧力から１０−３〜１０−４Ｔｏｒｒまで
の中高真空雰囲気で行うことが可能である。In this embodiment, the chamber 1
01 was performed in a He atmosphere at a pressure of 1 Pa, but C 2 H
2 , C 2 H 4 and other hydrocarbon-based gases, CO, CO 2 ,
10 Ton in O 2 , H 2 , N 2 or various rare gases
It can be performed in a medium to high vacuum atmosphere from low pressure of rr or less to 10 -3 to 10 -4 Torr.
【００２５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る
電子放出源の製造方法に使用する装置の概略図である。
図５において、ＳＵＳ３０４で形成され陽極として機能
するチャンバ５０１内には、陰極５０２、遮蔽板５０
３、Ｍｏにより形成されたトリガ電極５０５、基板固定
台５０６が配設されている。FIG. 5 is a schematic view of an apparatus used for a method of manufacturing an electron emission source according to a second embodiment of the present invention.
In FIG. 5, a cathode 502 and a shielding plate 50 are provided in a chamber 501 formed of SUS304 and functioning as an anode.
3, a trigger electrode 505 formed of Mo and a substrate fixing base 506 are provided.
【００２６】基板固定台５０６は、絶縁部材５０７によ
って電気的にフロートした状態でチャンバ５０１に固定
されており又、基板固定台５０６には、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｃ
ｏあるいはＦｅによって形成された基板５０４が固定さ
れている。基板５０４は、陰極５０２に対向して配設さ
れており、例えば、陰極５０２の表面から８５ｍｍ程度
離間した位置に配設されている。尚、基板５０４は、絶
縁体、半導体あるいは金属導体によって形成された各種
基板を適宜使用することができる。The substrate fixing table 506 is fixed to the chamber 501 in a state of being electrically floated by an insulating member 507. The substrate fixing table 506 includes Si, Ni, C
A substrate 504 made of o or Fe is fixed. The substrate 504 is provided so as to face the cathode 502, and is provided, for example, at a position separated from the surface of the cathode 502 by about 85 mm. Note that as the substrate 504, various substrates formed of an insulator, a semiconductor, or a metal conductor can be used as appropriate.
【００２７】粒子生成用材料である陰極５０２の材料と
しては、第１の実施の形態と同様に、グラファイトやＮ
ｉ、Ｙ、Ｆｅ、Ｃｏ、ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｖ、Ｐｄ又はこ
れらの混合物等の触媒金属を含有するグラファイト等、
グラファイトを使用した種々の材料が使用できる。The material of the cathode 502, which is a material for generating particles, is graphite or N 2, as in the first embodiment.
graphite containing a catalytic metal such as i, Y, Fe, Co, pt, Rh, W, V, Pd or a mixture thereof;
Various materials using graphite can be used.
【００２８】例えば、グラファイト（純度９９．９９８
ｗｔ％）やＮｉ−Ｙ含有グラファイト（Ｎｉ；１４．６
ｗｔ％、Ｙ；４．９ｗｔ％）、Ｎｉ含有グラファイト
（Ｎｉ；３．２ｗｔ％）、Ｙ含有グラファイト（Ｙ；
０．８２ｗｔ％）、Ｆｅ含有グラファイト（Ｆｅ；３．
０ｗｔ％）又はＣｏ含有グラファイト（Ｃｏ；３．０ｗ
ｔ％）等の触媒金属を含有するグラファイト等が利用で
きる。For example, graphite (purity 99.998)
wt.%) or Ni-Y containing graphite (Ni; 14.6).
wt%, Y: 4.9 wt%), Ni-containing graphite (Ni; 3.2 wt%), Y-containing graphite (Y;
0.82 wt%), Fe-containing graphite (Fe; 3.
0 wt%) or Co-containing graphite (Co; 3.0w)
For example, graphite containing a catalyst metal such as (t%) can be used.
【００２９】チャンバ５０１の外部には、絶縁部材５０
７を介して保護抵抗５１０及びアーク放電時に流れる電
流を検出するための電流計５０９が接続されており又、
アーク放電が生じる領域を所定の範囲内に制限するため
の磁石５０８及びアーク放電を行うための電源（図示せ
ず）が設けられている。また、注入口５１３からはＨｅ
が注入されるようになっており又、排出口側には、隔膜
真空計５１１及びオートバルブ５１２が設けられてい
る。An insulating member 50 is provided outside the chamber 501.
7, a protection resistor 510 and an ammeter 509 for detecting a current flowing at the time of arc discharge are connected.
A magnet 508 for limiting an area where arc discharge occurs to a predetermined range and a power supply (not shown) for performing arc discharge are provided. Further, He is injected from the injection port 513.
, And a diaphragm vacuum gauge 511 and an automatic valve 512 are provided on the outlet side.
【００３０】先ず、注入口５１３からＨｅを供給するこ
とによりチャンバ５０１内を圧力０．５ＰａのＨｅ雰囲
気にした後、直流１００Ａのアーク電流を流す。尚、ア
ーク放電を生じさせる方式として、パルスを供給するパ
ルスアーク放電方式でもよい。これにより磁石５０８に
よって制限された領域内でアーク放電させて、陰極５０
２を局所的に加熱させると、陰極５０２を構成する陰極
材料が飛散し、微少な粒子である飛散小滴が生成され
る。First, by supplying He from the injection port 513 to make the inside of the chamber 501 a He atmosphere at a pressure of 0.5 Pa, an arc current of 100 A DC is applied. Note that a pulse arc discharge method for supplying a pulse may be used as a method for generating arc discharge. This causes an arc discharge in the area limited by the magnet 508 and the cathode 50
When the cathode 2 is locally heated, the cathode material constituting the cathode 502 is scattered, and scattered droplets as fine particles are generated.
【００３１】図１に関して説明したのと同様に、前記陰
極材料表面の溶融部から粒子が生成する際、一度溶融し
た後、急激に冷却されることにより、原子状の炭素から
カーボンナノチューブの結晶成長が行われる。これによ
り、炭素あるいは炭素と触媒金属の化合物を核として、
その表面が多数のカーボンナノチューブで覆われた前記
粒子が生成される。前記粒子は、陰極５０２の近傍に対
向して配設された基板５０４に被着する。As described with reference to FIG. 1, when particles are generated from the molten portion on the surface of the cathode material, the particles are once melted and then rapidly cooled, whereby crystal growth of carbon nanotubes from atomic carbon is performed. Is performed. As a result, with carbon or a compound of carbon and a catalyst metal as a core,
The particles whose surface is covered with a large number of carbon nanotubes are generated. The particles adhere to a substrate 504 disposed opposite to and near the cathode 502.
【００３２】図６は、成膜時間を１分とし、前記条件下
で前記粒子が被着した基板５０４を走査電子顕微鏡（Ｓ
ＥＭ）により観察した写真で、図７はその部分拡大写真
である。細い線状に見える部分がカーボンナノチューブ
であり、前記粒子の表面が多数のカーボンナノチューブ
で覆われていることがわかる。FIG. 6 shows that the substrate 504 on which the particles were deposited was scanned under a scanning electron microscope (S
EM), and FIG. 7 is a partially enlarged photograph thereof. It can be seen that the portion that looks like a thin line is the carbon nanotube, and the surface of the particle is covered with a large number of carbon nanotubes.
【００３３】図８は、図５に示した装置を用いた電子放
出源の製造方法を説明するための部分側断面図である。
図８において、基板としての電子放出源用基板８００
は、ガラス製の基板８０１、第１の電極としてのカソー
ド電極８０２、抵抗層８０３、絶縁層８０４、第２の電
極としてのゲート電極８０５及びリフトオフ膜８０６が
積層配設されると共に、抵抗層８０３が露出するように
凹部８０７が形成されている。FIG. 8 is a partial side sectional view for explaining a method of manufacturing an electron emission source using the apparatus shown in FIG.
In FIG. 8, a substrate 800 for an electron emission source is used as a substrate.
Is formed by stacking a glass substrate 801, a cathode electrode 802 as a first electrode, a resistance layer 803, an insulating layer 804, a gate electrode 805 as a second electrode, and a lift-off film 806. A concave portion 807 is formed so that is exposed.
【００３４】尚、基板８０１として、電子放出源の構造
等に応じて、セラミック製の基板、半導体性や導電性の
基板又はプラスチック製基板等、絶縁体、半導体あるい
は金属導体によって形成された各種基板を適宜使用する
ことができる。また、基板８０１に直接、直流バイアス
やＲＦバイアスを加えて、生成条件を制御することもで
きる。As the substrate 801, various substrates formed of an insulator, a semiconductor, or a metal conductor, such as a ceramic substrate, a semiconductor or conductive substrate, or a plastic substrate, may be used depending on the structure of the electron emission source. Can be used as appropriate. Further, a DC bias or an RF bias can be directly applied to the substrate 801 to control the generation conditions.
【００３５】電子放出源を製造する場合には、図５にお
いて、基板５０４の代わりに、前記電子放出源用基板８
００を基板固定台５０６に固定し、陰極５０２の近傍に
対向配設する。この状態で、前述の如くしてアーク放電
を起こして粒子８０８を生成し、粒子８０８を電子放出
源用基板８００に被着させる。In the case of manufacturing an electron emission source, the substrate 8 for the electron emission source shown in FIG.
00 is fixed to the substrate fixing base 506 and is disposed opposite to the vicinity of the cathode 502. In this state, arc discharge is generated as described above to generate particles 808, and the particles 808 are attached to the electron emission source substrate 800.
【００３６】これにより、図８に示すように、抵抗層８
０３及びリフトオフ膜８０６に粒子８０８が被着する。
この状態で、リフトオフ膜８０６を剥離除去することに
より、図４と同様に、粒子８０８が抵抗層８０３にのみ
被着してエミッタが形成され、これにより電子放出源が
形成される。この場合にも、過電流防止のための抵抗層
８０３を使用しない場合には、粒子８０８はカソード電
極８０２上に直接被着される。As a result, as shown in FIG.
03 and the lift-off film 806 are coated with particles 808.
By removing the lift-off film 806 in this state, the particles 808 are adhered only to the resistance layer 803 to form an emitter as in FIG. 4, thereby forming an electron emission source. Also in this case, when the resistance layer 803 for preventing overcurrent is not used, the particles 808 are directly deposited on the cathode electrode 802.
【００３７】以上のように構成された電子放出源は、カ
ソード電極８０２とゲート電極８０５の間に電圧を印加
することにより、電界の作用によって、エミッタとして
の粒子８０８から電子が放出される。これを電子管等の
表示装置のカソードとして用いることができる。In the electron emission source configured as described above, when a voltage is applied between the cathode electrode 802 and the gate electrode 805, electrons are emitted from the particles 808 as an emitter by the action of an electric field. This can be used as a cathode of a display device such as an electron tube.
【００３８】尚、本実施の形態においては、チャンバ１
０１を圧力０．５ＰａのＨｅ雰囲気にして行ったが、Ｃ
２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４等の炭化水素系ガス、ＣＯ、ＣＯ２、
Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２あるいは各種の希ガス中で、１０Ｔｏ
ｒｒ以下の低圧力から１０−３〜１０−４Ｔｏｒｒまで
の中高真空雰囲気で行うことが可能である。In the present embodiment, the chamber 1
01 was performed in a He atmosphere at a pressure of 0.5 Pa.
Hydrocarbon-based gas such as 2 H 2 , C 2 H 4 , CO, CO 2 ,
10 Ton in O 2 , H 2 , N 2 or various rare gases
It can be performed in a medium to high vacuum atmosphere from low pressure of rr or less to 10 -3 to 10 -4 Torr.
【００３９】以上述べた各実施の形態においては、Ｃ２
Ｈ２、Ｃ２Ｈ４等の炭化水素系ガス、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ
２、Ｈ２、Ｎ２あるいは各種の希ガス等の所定ガス中１
０Ｔｏｒｒから１０−４Ｔｏｒｒの雰囲気で、グラファ
イト又は所定の触媒金属を含有するグラファイトから成
る粒子生成用材料を局所的に加熱することにより粒子を
生成し、前記粒子を基板に被着してエミッタとして使用
することを特徴としているので、殻からカーボンナノチ
ューブを抽出する等の作業が不要になり、製造が容易な
電子放出源の製造方法を提供することが可能になる。In each of the embodiments described above, C 2
Hydrocarbon gas such as H 2 , C 2 H 4 , CO, CO 2 , O
2 , H 2 , N 2 or various rare gases
Particles are generated by locally heating graphite or a particle-generating material made of graphite containing a predetermined catalytic metal in an atmosphere of 0 Torr to 10 -4 Torr, and the particles are deposited on a substrate to serve as an emitter. Since it is characterized in that it is used, an operation such as extraction of carbon nanotubes from a shell is not required, and a method of manufacturing an electron emission source that can be easily manufactured can be provided.
【００４０】このとき、所定ガス１０Ｔｏｒｒから１０
−４Ｔｏｒｒの雰囲気で粒子を生成させているため、イ
ンピーダンスが高く、長時間安定して前記粒子を生成す
ることが可能になる。At this time, the predetermined gas is changed from 10 Torr to 10 Torr.
Since the particles are generated in an atmosphere of −4 Torr, the impedance is high and the particles can be generated stably for a long time.
【００４１】また、従来は、陰極と陽極をミリメータの
オーダで対向離間させ、前記両電極間に安定な電圧を印
加することにより、アーク放電を安定維持させる必要が
あるため、極めて高度な制御が必要であったが、前記各
実施の形態によれば、陰極の表面上に、トリガ電極でプ
ラズマを形成させるだけという簡単な制御で、容易に長
時間にわたり安定して、表面にカーボンナノチューブが
形成された粒子を生成することができる。Conventionally, it is necessary to keep the cathode and the anode facing each other on the order of millimeters and to stably maintain the arc discharge by applying a stable voltage between the two electrodes. Although it was necessary, according to each of the above embodiments, the carbon nanotubes were formed on the surface of the cathode easily and stably for a long time with a simple control of simply forming a plasma with the trigger electrode on the surface of the cathode. Particles can be produced.
【００４２】尚、前記したグラファイト等の材料の表面
を局所的に加熱して溶融させることが可能な方法であれ
ば、アーク放電に限らず、レーザ照射による加熱、フラ
ッシュランプによる加熱あるいはこれらの組み合わせに
よる加熱等、種々の加熱方法が適用できる。Any method capable of locally heating and melting the surface of a material such as graphite is not limited to arc discharge, but may be heating by laser irradiation, heating by a flash lamp, or a combination thereof. Various heating methods, such as heating by, can be applied.
【００４３】また、前記粒子を収集してペースト状にす
る等の方法により、前記基板に被着することにより、製
造が容易な電子放出源の製造方法を提供することが可能
になる。尚、基板に被着する方法としては、印刷法、ド
クターブレード法、電着法、インクジェット印刷法等が
適用できる。Further, by attaching the particles to the substrate by a method such as collecting the particles to form a paste, it is possible to provide a method of manufacturing an electron emission source which is easy to manufacture. In addition, as a method of attaching to a substrate, a printing method, a doctor blade method, an electrodeposition method, an inkjet printing method, or the like can be applied.
【００４４】さらに、前記粒子を生成する雰囲気中に基
板を配設した状態で、前記基板に前記粒子を被着するこ
とにより、製造が容易な電子放出源の製造方法を提供す
ることが可能になる。Further, it is possible to provide a method of manufacturing an electron emission source which is easy to manufacture by applying the particles to the substrate in a state where the substrate is disposed in an atmosphere for generating the particles. Become.
【００４５】さらにまた、前記基板には、カソード電
極、抵抗層、絶縁層、ゲート電極及びリフトオフ層が積
層されると共に前記抵抗層が露出するように凹部が形成
されて成り、前記基板に前記粒子を被着させた後、前記
リフトオフ層を除去して、前記粒子をエミッタとして前
記抵抗層に被着することにより、製造が容易な電子放出
源の製造方法を提供することが可能になる。これによ
り、カソード電極とゲート電極間に、その表面にカーボ
ンナノチューブを有する粒子により形成されたエミッタ
を配設して成る電子放出源が得られる。Further, a cathode electrode, a resistance layer, an insulating layer, a gate electrode, and a lift-off layer are laminated on the substrate, and a concave portion is formed so as to expose the resistance layer. After the deposition, the lift-off layer is removed, and the particles are deposited on the resistance layer as an emitter, whereby it is possible to provide a method of manufacturing an electron emission source which is easy to manufacture. As a result, an electron emission source can be obtained in which an emitter formed of particles having carbon nanotubes on the surface is disposed between the cathode electrode and the gate electrode.
【００４６】このようにして得られた電子放出源におい
ては、固体粒子の表面にウニ状に多数のカーボンナノチ
ューブが形成されているので、これをペースト化して基
板に印刷する際に、いかなる方向に粒子が置かれても、
常に基板に対して上を向いているカーボンナノチューブ
が一定の割合以上密に存在し、前記基板に対して効率よ
く垂直に立たせることが可能になる。In the electron emission source thus obtained, a large number of carbon nanotubes are formed in the shape of sea urchin on the surface of the solid particles. Even if particles are placed,
The carbon nanotubes that always face upward with respect to the substrate are densely present at a certain ratio or more, so that the carbon nanotubes can efficiently stand perpendicular to the substrate.
【００４７】したがって、電子放出効率が高い電子放出
源を構成することが可能になる。例えば、スピント（Ｓ
ｐｉｎｄｔ）型電子放出源と比較した場合、より低い駆
動電圧で電子放出が可能になると共に、エミッタとゲー
ト電極間の距離を大きくとることができるため製造が容
易になり又、エミッタとゲート電極間の短絡の発生を防
止することが可能になる。Therefore, it is possible to configure an electron emission source having a high electron emission efficiency. For example, Spindt (S
As compared with a (pindt) type electron emission source, electrons can be emitted with a lower driving voltage, and the distance between the emitter and the gate electrode can be increased, so that the manufacture becomes easier. Can be prevented from occurring.
【００４８】また、小滴状となるため、スクリーン印
刷、インクジェット印刷、電着、スラリー等、塗布形成
する際に溶剤に分散させるだけでよく、ペースト化が容
易である。Further, since it is in the form of small droplets, it is only necessary to disperse it in a solvent at the time of coating and forming such as screen printing, ink jet printing, electrodeposition, slurry, etc., and it is easy to make a paste.
【００４９】尚、粒子の大きさは、使用する材料、密
度、陰極電極に添加する金属材料、プラズマ生成条件及
び固化条件等により異なるため、これらの条件を必要に
応じて適宜設定することにより、特定の大きさの分布を
もった粒子が得られる。したがって、適宜設定した条件
によって生成した粒子を収集して、所望の大きさの粒子
を選択分級し、これをペースト又は静電塗布により、所
定の導電層又は抵抗層の領域上に被着して、エミッタを
形成することができる。The size of the particles depends on the material to be used, the density, the metal material to be added to the cathode electrode, the plasma generation conditions, the solidification conditions, and the like. By appropriately setting these conditions as necessary, Particles with a particular size distribution are obtained. Therefore, the particles generated according to appropriately set conditions are collected, particles of a desired size are selectively classified, and the particles are applied on a predetermined conductive layer or a region of a resistive layer by paste or electrostatic coating. , An emitter can be formed.
【００５０】[0050]
【発明の効果】本発明によれば、製造が容易な電子放出
源の製造方法を提供することが可能になる。また、本発
明によれば、製造が容易な電子放出源を提供することが
可能になる。According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing an electron emission source which is easy to manufacture. Further, according to the present invention, it is possible to provide an electron emission source that is easy to manufacture.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電子放出源の
製造方法に使用する装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of an apparatus used for a method of manufacturing an electron emission source according to a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法によ
って生成された粒子を示す走査電子顕微鏡写真である。FIG. 2 is a scanning electron micrograph showing particles generated by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る製造方法によ
って生成された粒子を示す透過型電子顕微鏡写真であ
る。FIG. 3 is a transmission electron micrograph showing particles generated by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の実施の形態に係る電子放出源を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing an electron emission source according to an embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の
製造方法に使用する装置の概略図である。FIG. 5 is a schematic view of an apparatus used for a method of manufacturing an electron emission source according to a second embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る製造法によっ
て製造された基板の走査電子顕微鏡写真である。FIG. 6 is a scanning electron micrograph of a substrate manufactured by a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る製造法によっ
て製造された基板の拡大された走査電子顕微鏡写真であ
る。FIG. 7 is an enlarged scanning electron micrograph of a substrate manufactured by a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る電子放出源の
製造方法を説明するための部分側断面図である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view for explaining a method of manufacturing an electron emission source according to a second embodiment of the present invention.
１０１、５０１・・・チャンバ １０２、５０２・・・陰極 ５０４・・・基板 １０４・・・ガラス製基板 ４０２、８０２・・・第１の電極としてのカソード電極 ４０３、８０３・・・抵抗層 ４０４、８０４・・・絶縁層 ４０５、８０５・・・第２の電極としてのゲート電極 ４０６、８０８・・・粒子 ４０７、８０７・・・凹部 ５０６・・・基板固定台 ８００・・・基板としての電子放出源用基板 ８０６・・・リフトオフ膜 101, 501: Chamber 102, 502 ... Cathode 504: Substrate 104: Glass substrate 402, 802: Cathode electrode as first electrode 403, 803: Resistive layer 404, 804: insulating layer 405, 805: gate electrode 406, 808: particle 407, 807: concave portion 506: substrate fixing base 800: electron emission as a substrate Source substrate 806 ・ ・ ・ lift-off film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G046 CA00 CA01 CA02 CB08 CC02 CC08 4G075 AA27 CA02 CA17 CA62 CA65 EC21 FB02 FB03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4G046 CA00 CA01 CA02 CB08 CC02 CC08 4G075 AA27 CA02 CA17 CA62 CA65 EC21 FB02 FB03
Claims (9)
ｒｒの雰囲気中でグラファイト又は所定の触媒金属を含
有するグラファイトから成る粒子生成用材料を加熱する
ことにより粒子を生成し、前記粒子を基板に被着してエ
ミッタとして使用することを特徴とする電子放出源の製
造方法。1. A predetermined gas of 10 Torr to 10 −4 To
An electron is characterized in that particles are generated by heating a particle generating material made of graphite or graphite containing a predetermined catalytic metal in an atmosphere of rr, and the particles are attached to a substrate and used as an emitter. Method of manufacturing the emission source.
化水素系ガス、ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２、Ｈ２、Ｎ２あるい
は希ガスであることを特徴とする請求項１記載の電子放
出源の製造方法。2. The gas according to claim 1, wherein the gas is a hydrocarbon gas such as C 2 H 2 or C 2 H 4 , CO, CO 2 , O 2 , H 2 , N 2, or a rare gas. 2. The method for manufacturing an electron emission source according to 1.
ｏ、ｐｔ、Ｒｈ、Ｗ、Ｖ、Ｐｄ又はこれらの混合物であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載の電子放出源の
製造方法。3. The catalyst metal is Ni, Y, Fe, C
3. The method for producing an electron emission source according to claim 1, wherein the electron emission source is o, pt, Rh, W, V, Pd or a mixture thereof.
して配設され、前記粒子を直接被着することにより前記
エミッタを形成することを特徴とする請求項１乃至３の
いずれか一に記載の電子放出源の製造方法。4. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is disposed to face the material for generating particles, and the emitter is formed by directly applying the particles. 3. The method for manufacturing an electron emission source according to claim 1.
イアスを印加することを特徴とする請求項１乃至４のい
ずれか一に記載の電子放出源の製造方法。5. The method according to claim 1, wherein a DC bias or an RF bias is applied to the substrate.
記粒子を被着することにより前記エミッタを形成するこ
とを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の電
子放出源の製造方法。6. The electron emission source according to claim 1, wherein the emitter is formed by applying the paste-like or powder-like particles to the substrate. Production method.
層、第２の電極及びリフトオフ層が積層されると共に前
記抵抗層が露出するように凹部が形成されて成り、前記
基板に前記粒子を被着させた後、前記リフトオフ層を除
去することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に
記載の電子放出源の製造方法。7. The substrate includes a first electrode, a resistive layer, an insulating layer, a second electrode, and a lift-off layer laminated on each other and formed with a concave portion so that the resistive layer is exposed. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the lift-off layer is removed after the particles are deposited.
ｒｒの雰囲気中で、グラファイト又は所定の触媒金属を
含有するグラファイトから成る粒子生成用材料を加熱す
ることにより粒子を発生させて前記粒子を基板に被着し
てエミッタとして使用することを特徴とする電子放出
源。8. A predetermined gas of 10 Torr to 10 −4 To
In an rr atmosphere, particles are generated by heating a particle-generating material made of graphite or graphite containing a predetermined catalyst metal, and the particles are attached to a substrate and used as an emitter. Electron emission source.
にカーボンナノチューブを有する粒子により形成された
エミッタを配設して成ることを特徴とする電子放出源。9. An electron emission source comprising an emitter formed by particles having carbon nanotubes on the surface between a first electrode and a second electrode.
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