JP2001078355A - Field electron discharge type surge absorbing element and fabrication method thereof - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable setting of a working voltage at a relatively low level by forming an electron discharging part of a large number of emitter cones and a large number of carbon nanotubes on the surface thereof. SOLUTION: An emitter cone 15 constituting an electron discharging part 18 is formed of an n-type semiconductor similarly to first and second substrate members 11, 12 and has pointed conical or pyramidal forward end. Since carbon nanotubes 17 constituting the electron discharging part 18 have pointed forward end and a high aspect ratio, intensive field concentration takes place at the forward end to ensure excellent electron discharge characteristics. Since intensive field concentration takes place at the forward end of carbon nanotubes upon application of a surge voltage, electron discharge can be realized with a relatively low applying voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、電源線や通信線
等を伝って侵入して来るサージ等の過電圧から電子機器
の電子回路を保護するために、線間あるは各線とグラン
ドとの間に挿入接続されるサージ吸収素子に係り、特
に、電界電子放出現象を用いたサージ吸収素子及びその
製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for protecting an electronic circuit of an electronic device from an overvoltage such as a surge that enters through a power line or a communication line, or between lines or between each line and a ground. More particularly, the present invention relates to a surge absorbing element using a field electron emission phenomenon and a method of manufacturing the same.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、図２５に示すように、電子機器の
電源線や通信線等の線Ｌ1，Ｌ2間、あるいは各線とＧＮ
Ｄ（グランド）との間にサージ吸収素子72を接続し、誘
導雷等のサージから電子回路73を保護することが行われ
ている。すなわち、線Ｌ1，Ｌ2間あるいは線Ｌ1，Ｌ2−
ＧＮＤ間に、サージ吸収素子72の定格以上のサージ電圧
が印加される場合には、上記サージ吸収素子72が導通し
てサージをバイパスし、電子回路73を保護する仕組みで
ある。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG.
A surge absorbing element 72 is connected between D and ground to protect the electronic circuit 73 from surges such as induced lightning. That is, between the lines L1 and L2 or between the lines L1 and L2-
When a surge voltage higher than the rating of the surge absorbing element 72 is applied between GND, the surge absorbing element 72 conducts to bypass the surge and protect the electronic circuit 73.

【０００３】このようなサージ吸収素子72としては、放
電間隙における放電現象を利用するガスアレスタや、電
圧非直線特性を備えた高抵抗体素子であるバリスタ、あ
るいはｐｎ接合形半導体のアバランシェ（電子雪崩）効
果を利用したシリコンサージアブソーバなど様々な種類
が存在しているが、最近になって電界電子放出現象を用
いたサージ吸収素子が新たに加えられることとなった。As such a surge absorbing element 72, a gas arrester utilizing a discharge phenomenon in a discharge gap, a varistor which is a high-resistance element having a nonlinear voltage characteristic, or an avalanche (electron avalanche) of a pn junction type semiconductor is used. There are various types such as silicon surge absorbers utilizing the effect, but recently a surge absorbing element using a field electron emission phenomenon has been newly added.

【０００４】この電界電子放出現象を用いたサージ吸収
素子は、特開平９−298833号、特開平10−285793号等に
記載されている。図２６に示すように、そこで開示され
ている電界電子放出型サージ吸収素子74は、ｎ形半導体
より成る第１の基板部材75と第２の基板部材76とを所定
の距離を隔てて対向配置させ、両基板部材の対向面周縁
部をスペーサも兼ねた枠部材77を間に介して気密封止す
ることによって形成された外囲器78を備えており、該外
囲器78内は１０^−６〜１０^−８Torrの高真空状態に維持
されている。また、第１の基板部材75の内面には、電子
放出部としてのｎ形半導体より成る多数のエミッタ・コ
ーン79が、所定の間隔をおいて突設されている。該エミ
ッタ・コーン79は先端が尖った円錐または角錐形状をな
しており、その先端部79ａが第２の基板部材76の内面に
向いている。A surge absorbing element using the field electron emission phenomenon is described in JP-A-9-298833, JP-A-10-285793, and the like. As shown in FIG. 26, in the field electron emission type surge absorbing element 74 disclosed therein, a first substrate member 75 and a second substrate member 76 made of an n-type semiconductor are opposed to each other at a predetermined distance. And an envelope 78 formed by hermetically sealing the peripheral edges of the opposing surfaces of the two substrate members via a frame member 77 also serving as a spacer, and the inside of the envelope 78 is 10 ^−. It is maintained at a high vacuum of ⁶ to 10 ⁻⁸ Torr. On the inner surface of the first substrate member 75, a large number of emitter cones 79 made of an n-type semiconductor as an electron emitting portion are protruded at predetermined intervals. The emitter cone 79 has a pointed cone or pyramid shape, and the tip 79 a faces the inner surface of the second substrate member 76.

【０００５】エミッタ・コーン79の表面をも含んだ第１
の基板部材75の内面と第２の基板部材76の内面には、Ｎ
ｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔｈ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｌａ、
Ｇｅ、Ａｌ等よりなる薄膜や、Ｗ及びＺｒの二層構造、
あるいは以上の各物質の中、少なくとも１種類を含んだ
炭化物、酸化物、窒化物、無機化合物より構成される保
護膜80が被覆されている。上記第１の基板部材75及び第
２の基板部材76の外面には、それぞれ第１の外部電極81
及び第２の外部電極82が形成され、各外部電極81，82に
はカソード端子83及びアノード端子84が接続されてい
る。そして、各端子83，84を線Ｌ1，Ｌ2あるいはＧＮＤ
に接続することにより、上記電界電子放出型サージ吸収
素子74は、図２５に示したサージ吸収素子72と同様に、
線Ｌ1，Ｌ2間あるいは線Ｌ1，Ｌ2−ＧＮＤ間に挿入接続
されることとなる。The first including the surface of the emitter cone 79
The inner surface of the substrate member 75 and the inner surface of the second substrate member 76 have N
b, W, Mo, Cr, Ti, Th, Si, Ni, La,
A thin film made of Ge, Al, etc., a two-layer structure of W and Zr,
Alternatively, a protective film 80 made of a carbide, oxide, nitride, or inorganic compound containing at least one of the above substances is coated. First external electrodes 81 are provided on the outer surfaces of the first substrate member 75 and the second substrate member 76, respectively.
A second external electrode 82 is formed, and a cathode terminal 83 and an anode terminal 84 are connected to the external electrodes 81 and 82, respectively. Then, each terminal 83, 84 is connected to the line L1, L2 or GND.
25, the field electron emission type surge absorbing element 74 becomes the same as the surge absorbing element 72 shown in FIG.
It is inserted and connected between the lines L1 and L2 or between the lines L1 and L2 and GND.

【０００６】しかして、上記線Ｌ1，Ｌ2間あるいは線Ｌ
1，Ｌ2−ＧＮＤ間にサージ等の定格以上の過電圧が印加
され、カソード側のエミッタ・コーン先端部79ａに強い
電界集中が生じると、量子力学的なトンネル効果によっ
て、ｎ形半導体内の電子がポテンシャル障壁を越えて真
空中に放出される、いわゆる電界電子放出現象が生じ
る。放出された電子は高い電位のアノード側、すなわち
第２の基板部材76の内面で捕捉される結果、第２の基板
部材76及び第１の基板部材75間に電流が流れる先駆放電
が生成され、この先駆放電はその後真空火花放電（真空
アーク放電）に移行することとなる。Thus, the line L1 and L2 or the line L
1. When an overvoltage exceeding a rating such as a surge is applied between L2 and GND and a strong electric field concentration occurs at the tip 79a of the emitter cone on the cathode side, electrons in the n-type semiconductor are caused by quantum mechanical tunnel effect. A so-called field electron emission phenomenon that is emitted into a vacuum beyond the potential barrier occurs. The emitted electrons are captured on the anode side of the high potential, that is, on the inner surface of the second substrate member 76, so that a precursor discharge in which a current flows between the second substrate member 76 and the first substrate member 75 is generated, This precursor discharge then shifts to vacuum spark discharge (vacuum arc discharge).

【０００７】上記先駆放電が真空火花放電に移行する仕
組みとしては、以下のものが考えられる。すなわち、上
記先駆放電時の電子放出によってエミッタ・コーン先端
部79ａの電流密度が増加して生じた熱エネルギの作用
で、エミッタ・コーン79の表面を覆っている保護膜80を
構成する金属から金属蒸気が発生したり、先駆放電によ
る電子がアノード側に衝突する結果生じる熱エネルギに
よって、第２の基板部材76の内面を覆っている保護膜80
の金属から同じく金属蒸気が発生し、これら電荷を帯び
た金属蒸気が電流を形成する素となって真空火花放電が
生起される。また、外囲器78内を完全な真空にするのは
実際上困難であり、放電空間を構成する物質の表面には
僅かながらガス分子が吸着あるいは付着しているのであ
るが、これらのガス分子が先駆放電の衝撃で空間内に放
出され、このイオン化されたガス分子が電流を形成する
素となることも、真空火花放電を促進する要因として挙
げられる。[0007] The following can be considered as a mechanism in which the precursor discharge shifts to a vacuum spark discharge. That is, by the action of thermal energy generated by the increase in current density at the emitter cone tip 79a due to the electron emission during the precursor discharge, the metal constituting the protective film 80 covering the surface of the emitter cone 79 is changed from metal to metal. The protective film 80 covering the inner surface of the second substrate member 76 is generated by heat energy generated as a result of generation of steam or collision of electrons by the precursor discharge with the anode side.
Similarly, metal vapor is generated from the metal, and these charged metal vapors serve as elements for forming an electric current, thereby generating a vacuum spark discharge. Further, it is practically difficult to make the inside of the envelope 78 a complete vacuum, and gas molecules are slightly adsorbed or adhered to the surface of the material constituting the discharge space. Is released into the space by the impact of the precursor discharge, and the ionized gas molecules serve as elements for forming a current. This is also a factor promoting vacuum spark discharge.

【０００８】上記の電界電子放出現象は、電子放出部た
るエミッタ・コーン79に集中する電界強度が所定以上に
高まった時点で初めて生じるものであり、これは所定値
以上の電圧が両電極間に印加された場合にのみ両電極間
に電流が流れることを意味するものである。すなわち、
両端子83，84間に印加される電圧の値と流れる電流との
間には非直線的な関係が現れるため、定格以上の過電圧
が印加された場合にのみ導通して過電圧をバイパスする
というサージ吸収作用を発揮することが可能となる。The above-mentioned field electron emission phenomenon occurs only when the electric field intensity concentrated on the emitter cone 79, which is an electron emission portion, becomes higher than a predetermined value. This is because a voltage higher than a predetermined value is applied between both electrodes. This means that a current flows between both electrodes only when the voltage is applied. That is,
Since a non-linear relationship appears between the value of the voltage applied between both terminals 83 and 84 and the flowing current, a surge occurs when the overvoltage exceeding the rated voltage is applied and the overvoltage is bypassed. It is possible to exhibit an absorbing action.

【０００９】しかも、半導体中の電子の速度に比べ、真
空中の電子は散乱を受けることなく進行するため、この
電界電子放出型サージ吸収素子74は極めて高速に動作可
能となる。また、ｐ形半導体とｎ形半導体との接合構造
を有していないため、シリコンサージアブソーバのよう
に静電容量が大きくなるという問題も生じない。In addition, compared to the speed of electrons in a semiconductor, electrons in a vacuum travel without being scattered, so that the field electron emission type surge absorbing element 74 can operate at an extremely high speed. Further, since the semiconductor device does not have a junction structure between the p-type semiconductor and the n-type semiconductor, there is no problem that the capacitance is increased unlike the silicon surge absorber.

【００１０】図２７は、このような電界電子放出型サー
ジ吸収素子74によるサージ吸収特性を示すものであり、
ピーク電圧値が３ｋＶの原サージ波形に対するサージ吸
収波形を示すグラフである。図示の通り、サージ電圧が
印加されると、瞬時にピークが約２.３２ｋＶの先駆放
電が生成した後、直ちに真空火花放電に移行して約４０
０Ｖの安定したサージ吸収波形が得られる様子が示され
ている。FIG. 27 shows the surge absorption characteristics of such a field electron emission type surge absorbing element 74.
It is a graph which shows the surge absorption waveform with respect to the original surge waveform whose peak voltage value is 3 kV. As shown in the figure, when a surge voltage is applied, a precursor discharge having a peak of about 2.32 kV is instantaneously generated.
A state in which a stable surge absorption waveform of 0 V is obtained is shown.

【００１１】この電界電子放出型サージ吸収素子74にと
って最も重要な構成要素であるエミッタ・コーン79は、
ｎ形Ｓｉ基板の表面に各エミッタ・コーン79に対応した
円形の酸化膜マスクを形成すると共に、該Ｓｉ基板の表
面にエッチング処理を施して酸化膜マスクで覆われてい
ない部分をややオーバーエッチング気味に浸食させ、最
後に酸化膜マスクを除去することによって形成される。The emitter cone 79, which is the most important component of the field emission type surge absorbing element 74,
A circular oxide mask corresponding to each of the emitter cones 79 is formed on the surface of the n-type Si substrate, and the surface of the Si substrate is subjected to an etching process to slightly overetch portions not covered with the oxide mask. And finally removing the oxide mask.

【００１２】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この電界電
子放出型サージ吸収素子74の動作電圧（定格電圧）は、
外囲器78内の真空度やエミッタ・コーン79の仕事関数、
エミッタ・コーン先端部79ａと第２の基板部材76の内面
との間の距離、あるいはエミッタ・コーン先端部79ａの
尖鋭度によって決定される。すなわち、電界電子放出型
サージ吸収素子74の動作電圧を比較的低く設定する必要
がある場合には、外囲器78内の真空度を高める方法、エ
ミッタ・コーン79の仕事関数を低下させる方法、エミッ
タ・コーン先端部79ａと第２の基板部材76内面との間の
距離をより短縮化させる方法、あるいはエミッタ・コー
ンの先端部79ａをより尖鋭化させる方法が理論上は考え
られる。The operating voltage (rated voltage) of the field electron emission type surge absorbing element 74 is as follows.
The degree of vacuum in the envelope 78 and the work function of the emitter cone 79,
It is determined by the distance between the emitter cone tip 79a and the inner surface of the second substrate member 76 or the sharpness of the emitter cone tip 79a. That is, when it is necessary to set the operating voltage of the field electron emission type surge absorbing element 74 relatively low, a method of increasing the degree of vacuum in the envelope 78, a method of reducing the work function of the emitter cone 79, A method of shortening the distance between the tip portion 79a of the emitter cone and the inner surface of the second substrate member 76 or a method of sharpening the tip portion 79a of the emitter cone is theoretically conceivable.

【００１３】しかしながら、外囲器78内の真空度の向上
には一定の限界があり、また、エミッタ・コーンの先端
部79ａと第２の基板部材76との位置関係をμｍオーダー
で制御することは極めて困難である。さらに、基板部材
表面にエッチング処理を施し、オーバーエッチングによ
るアンダーカットを利用してエミッタ・コーンを一体形
成する従来の方法では、エミッタ・コーン先端部79ａの
先鋭度を高めることには一定の限界があり、また、エミ
ッタ・コーン79自信の仕事関数を大幅に低減することも
できず、せいぜい保護膜80として、できるだけ仕事関数
の低いものを選択する程度しか方法がなかった。However, there is a certain limit in improving the degree of vacuum in the envelope 78, and it is necessary to control the positional relationship between the tip 79a of the emitter cone and the second substrate member 76 on the order of μm. Is extremely difficult. Furthermore, in the conventional method of performing an etching process on the surface of the substrate member and integrally forming the emitter cone using an undercut by over-etching, there is a certain limit to increasing the sharpness of the emitter cone tip 79a. In addition, the work function of the emitter cone 79 itself could not be significantly reduced, and there was no other way than to select a protective film 80 having a work function as low as possible.

【００１４】この発明は、従来の上記問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、動作電圧を
比較的低く設定することが可能な電界電子放出型サージ
吸収素子を実現することにある。また、このような電界
電子放出型サージ吸収素子の製造方法を実現することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and has as its object to realize a field electron emission type surge absorbing element capable of setting an operation voltage to be relatively low. It is in. Another object of the present invention is to realize a method of manufacturing such a field emission type surge absorbing element.

【００１５】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明に係る第１の電界電子放出型サージ吸収素
子は、半導体よりなる第１の基板部材と第２の基板部材
とを対向配置し、両基板部材の対向面周縁を気密封止し
て外囲器を形成し、該外囲器内を高真空状態となすと共
に、上記第１の基板部材の対向面及び第２の基板部材の
対向面の少なくとも一方に電子放出部を形成し、当該電
子放出部と他方の基板部材の内面あるいは電子放出部と
の間に所定の間隙を形成し、さらに両基板部材の外面に
それぞれ外部電極を形成してなる電界電子放出型サージ
吸収素子において、上記電子放出部を、半導体より成る
多数のエミッタ・コーン及び該エミッタ・コーンの表面
に形成された多数のカーボンナノチューブとで構成した
ことを特徴とする。In order to achieve the above object, a first field emission type surge absorbing element according to the present invention has a first substrate member made of a semiconductor and a second substrate member opposed to each other. The outer periphery of the opposing surfaces of the two substrate members is hermetically sealed to form an envelope, the interior of the envelope is brought into a high vacuum state, and the opposing surface of the first substrate member and the second substrate are formed. An electron emitting portion is formed on at least one of the opposing surfaces of the member, a predetermined gap is formed between the electron emitting portion and the inner surface or the electron emitting portion of the other substrate member, and an external surface is formed on the outer surface of both substrate members. In a field electron emission type surge absorbing element having electrodes formed thereon, the electron emission portion is constituted by a number of emitter cones made of a semiconductor and a number of carbon nanotubes formed on the surface of the emitter cone. Feature

【００１６】上記第１の電界電子放出型サージ吸収素子
は、基板部材の表面の少なくとも一部分に多数のエミッ
タ・コーンを形成した後、この基板部材の表面にカーボ
ンナノチューブの成長を促す触媒金属を蒸着し、その
後、上記基板部材の表面にカーボンナノチューブの原料
ガスを導き、該原料ガスを所定温度で熱分解して、上記
エミッタ・コーンの表面に多数のカーボンナノチューブ
を形成することにより製造することができる。In the first field emission type surge absorbing element, after forming a large number of emitter cones on at least a part of the surface of the substrate member, a catalytic metal for promoting the growth of carbon nanotubes is deposited on the surface of the substrate member. Then, a carbon nanotube raw material gas is introduced to the surface of the substrate member, and the raw material gas is thermally decomposed at a predetermined temperature to form a large number of carbon nanotubes on the surface of the emitter cone. it can.

【００１７】また、この発明に係る第２の電界電子放出
型サージ吸収素子は、半導体よりなる第１の基板部材と
第２の基板部材とを対向配置し、両基板部材の対向面周
縁を気密封止して外囲器を形成し、該外囲器内を高真空
状態となすと共に、上記第１の基板部材の対向面及び第
２の基板部材の対向面の少なくとも一方に電子放出部を
形成し、当該電子放出部と他方の基板部材の内面あるい
は電子放出部との間に所定の間隙を形成し、さらに両基
板部材の外面にそれぞれ外部電極を形成してなる電界電
子放出型サージ吸収素子において、上記電子放出部を、
多数のカーボンナノチューブで構成したことを特徴とす
る。Also, in the second field emission type surge absorbing element according to the present invention, a first substrate member and a second substrate member made of a semiconductor are arranged opposite to each other, and the peripheral edges of the opposed surfaces of both substrate members are air-tight. An envelope is formed by tightly sealing, and the inside of the envelope is brought into a high vacuum state, and an electron emission portion is provided on at least one of the facing surface of the first substrate member and the facing surface of the second substrate member. Forming a predetermined gap between the electron-emitting portion and the inner surface or the electron-emitting portion of the other substrate member, and further forming external electrodes on the outer surfaces of both substrate members, respectively. In the device, the electron-emitting portion is
It is characterized by comprising a large number of carbon nanotubes.

【００１８】上記第２の電界電子放出型サージ吸収素子
は、基板部材の表面にカーボンナノチューブの成長を促
す触媒金属を蒸着し、その後、上記基板部材の表面にカ
ーボンナノチューブの原料ガスを導き、該原料ガスを所
定温度で熱分解して、上記基板部材の表面に多数のカー
ボンナノチューブを形成することにより製造することが
できる。In the second field electron emission type surge absorbing element, a catalytic metal for promoting the growth of carbon nanotubes is vapor-deposited on the surface of the substrate member, and thereafter, a raw material gas for carbon nanotubes is introduced onto the surface of the substrate member. It can be manufactured by thermally decomposing a raw material gas at a predetermined temperature to form a large number of carbon nanotubes on the surface of the substrate member.

【００１９】カーボンナノチューブは、炭素原子の６員
環の連続より成るグラファイト構造体が円筒状になった
仕事関数の低い導電体であり、その先端部は円錐状とな
っていて極めて尖鋭である。このカーボンナノチューブ
は、直径が２ｎｍ〜数十ｎｍ程度、長さが０．５〜１μ
ｍ程度であることから、直径に対する高さの割合である
アスペクト比が大きい。このように、カーボンナノチュ
ーブは、先端部が尖鋭であると共にアスペクト比が大き
いことから、先端部に強い電界集中が生じ、優れた電子
放出特性を備えている。また、カーボンナノチューブ
は、ダイヤモンド並の硬度を持つ物質であるため耐スパ
ッタ性にも優れている。The carbon nanotube is a conductor having a low work function in which a graphite structure composed of a continuation of a six-membered ring of carbon atoms is formed in a cylindrical shape, and its tip is conical and extremely sharp. This carbon nanotube has a diameter of about 2 nm to several tens nm and a length of 0.5 to 1 μm.
Since it is about m, the aspect ratio, which is the ratio of the height to the diameter, is large. As described above, since the carbon nanotube has a sharp tip and a large aspect ratio, a strong electric field concentration occurs at the tip, and the carbon nanotube has excellent electron emission characteristics. In addition, since carbon nanotubes are substances having the same hardness as diamond, they have excellent sputter resistance.

【００２０】上記第１の電界電子放出型サージ吸収素子
にあっては、サージ電圧が印加されると、エミッタ・コ
ーンの先端部に電界集中が生じる。この際、エミッタ・
コーン表面には、多数のカーボンナノチューブが形成さ
れているため、該カーボンナノチューブ先端部において
強い電界集中が生じ、その結果、比較的低い電圧印加に
よって電子放出を実現することができる。In the first field-emission electron emission type surge absorbing element, when a surge voltage is applied, an electric field concentrates at the tip of the emitter cone. At this time, the emitter
Since a large number of carbon nanotubes are formed on the cone surface, strong electric field concentration occurs at the tip of the carbon nanotube, and as a result, electron emission can be realized by applying a relatively low voltage.

【００２１】また、上記第２の電界電子放出型サージ吸
収素子にあっては、サージ電圧が印加されると、カーボ
ンナノチューブに電界集中が生じる。上記の通り、カー
ボンナノチューブは、その先端部が尖鋭であると共にア
スペクト比が大きいことから、先端部において強い電界
集中が生じるものであり、優れた電子放出特性を備えて
いる。従って、上記第１の電界電子放出型サージ吸収素
子が有するエミッタ・コーンを形成しない場合でも、比
較的低い電圧印加によって電子放出を実現することがで
きる。In the second field electron emission type surge absorbing element, when a surge voltage is applied, an electric field is concentrated on the carbon nanotube. As described above, the carbon nanotube has a sharp tip and a large aspect ratio, so that a strong electric field concentration occurs at the tip and has excellent electron emission characteristics. Therefore, even when the emitter cone of the first field emission surge absorbing element is not formed, electron emission can be realized by applying a relatively low voltage.

【００２２】上記第２の電界電子放出型サージ吸収素子
は、エミッタ・コーンを形成しないため、エミッタ・コ
ーンの形成工程が不用であり、従って、第１の電界電子
放出型サージ吸収素子に比べて製造が簡易である。一
方、第１の電界電子放出型サージ吸収素子は、尖鋭なエ
ミッタ・コーンの表面に、さらにカーボンナノチューブ
を形成していることから、第２の電界電子放出型サージ
吸収素子に比べて、カーボンナノチューブ先端部での電
界集中の度合いをより高めることができ、動作電圧を一
層低く設定することが可能である。Since the second field-emission type surge absorbing element does not form an emitter cone, the step of forming an emitter cone is unnecessary, and therefore, compared to the first field-emission type surge absorbing element. Easy to manufacture. On the other hand, the first field-emission-type surge absorbing element has a carbon nanotube formed on the surface of the sharp emitter cone. The degree of electric field concentration at the tip can be further increased, and the operating voltage can be set lower.

【００２３】[0023]

【発明の実施の形態】本発明に係る第１の電界電子放出
型サージ吸収素子10は、図１に示すように、第１の基板
部材11と第２の基板部材12とを所定の距離を隔てて対向
配置させ、両基板部材の内面周縁部をスペーサを兼ねた
枠部材13を間に介して気密封止することによって外囲器
14を形成し、該外囲器14内を１０^−６〜１０^−８Torrの
高真空状態に維持してなる。上記第１の基板部材11及び
第２の基板部材12は、Ｓｉ中にＰやＡｓ等の不純物を混
入させてなるｎ形半導体によって形成されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, a first field emission type surge absorbing element 10 according to the present invention places a first substrate member 11 and a second substrate member 12 at a predetermined distance. The outer peripheral portions of the two substrates are hermetically sealed with a frame member 13 also serving as a spacer interposed therebetween.
14 is formed, and the inside of the envelope 14 is maintained in a high vacuum state of 10 ⁻⁶ to 10 ⁻⁸ Torr. The first substrate member 11 and the second substrate member 12 are formed of an n-type semiconductor in which impurities such as P and As are mixed in Si.

【００２４】上記第１の基板部材11及び第２の基板部材
12の内面には、多数のエミッタ・コーン15が所定の間隔
をおいて略全面に亘って突設されている。図１は断面図
であるため、一列のエミッタ・コーン15のみが表されて
いるが、エミッタ・コーン15は、実際には一定の間隔を
おいて縦横に整列配置されている。また、上記エミッタ
・コーン15の表面を含んだ第１の基板部材11及び第２の
基板部材12の内面には、カーボンナノチューブ群16が形
成されている。上記カーボンナノチューブ群16は、図２
に拡大して示すように、第１の基板部材11及び第２の基
板部材12内面から立設した多数のカーボンナノチューブ
17の高密度集合体から構成されている。そして、上記エ
ミッタ・コーン15と、該エミッタ・コーン15の表面に立
設形成されたカーボンナノチューブ17とにより、第１の
電界電子放出型サージ吸収素子10の電子放出部18が構成
されている。The first substrate member 11 and the second substrate member
On the inner surface of 12, a large number of emitter cones 15 are protruded over a substantially entire surface at predetermined intervals. Although FIG. 1 is a cross-sectional view, only one row of emitter cones 15 is shown. However, the emitter cones 15 are actually arranged vertically and horizontally at regular intervals. A group of carbon nanotubes 16 is formed on the inner surfaces of the first substrate member 11 and the second substrate member 12 including the surface of the emitter cone 15. The carbon nanotube group 16 is shown in FIG.
As shown in an enlarged view, a large number of carbon nanotubes erected from the inner surfaces of the first substrate member 11 and the second substrate member 12.
It consists of 17 high-density assemblies. The emitter cone 15 and the carbon nanotubes 17 erected on the surface of the emitter cone 15 constitute an electron emitting portion 18 of the first field emission type surge absorbing element 10.

【００２５】電子放出部18を構成する上記エミッタ・コ
ーン15は、第１の基板部材11及び第２の基板部材12と同
様にｎ形半導体より成り、第１の基板部材11及び第２の
基板部材12と一体的に形成されている。エミッタ・コー
ン15は先端が尖った円錐または角錐形状をなしており、
両基板部材11，12に形成されたエミッタ・コーン15の先
端部15ａは、所定の間隙を隔てて他方の基板部材のエミ
ッタ・コーン15と対向するように位置決めされている。
上記エミッタ・コーン15の高さは約２．５〜３．５μｍ
に、底面の直径は約３〜５μｍに、またエミッタ・コー
ン15間のピッチは約７.５〜１５μｍに設定されてい
る。The emitter cone 15 constituting the electron emitting portion 18 is made of an n-type semiconductor similarly to the first substrate member 11 and the second substrate member 12, and the first substrate member 11 and the second substrate member It is formed integrally with the member 12. The emitter cone 15 has a pointed cone or pyramid shape,
The tip 15a of the emitter cone 15 formed on both the substrate members 11 and 12 is positioned so as to face the emitter cone 15 of the other substrate member with a predetermined gap.
The height of the emitter cone 15 is about 2.5 to 3.5 μm
The diameter of the bottom surface is set to about 3 to 5 μm, and the pitch between the emitter cones 15 is set to about 7.5 to 15 μm.

【００２６】また、電子放出部18を構成する上記カーボ
ンナノチューブ17は、炭素原子の６員環の連続より成る
グラファイト構造体が円筒状になった仕事関数の低い導
電体であり、その先端部は円錐状となっていて極めて尖
鋭である。このカーボンナノチューブ17は、直径が２ｎ
ｍ〜数十ｎｍ程度、長さが０．５〜１μｍ程度であるこ
とから、直径に対する高さの割合であるアスペクト比が
大きい。このように、カーボンナノチューブ17は、先端
部が尖鋭であると共にアスペクト比が大きいことから、
先端部に強い電界集中が生じ、優れた電子放出特性を備
えている。また、カーボンナノチューブ17は、ダイヤモ
ンド並の硬度を持つ物質であるため耐スパッタ性にも優
れている。尚、後述する方法でカーボンナノチューブ17
を形成した場合、カーボンナノチューブ17の立設方向、
直径、長さ等にばらつきが生じるものであるが、本実施
の形態においては、図示の便宜上、全てのカーボンナノ
チューブ17を略同一の直径で、且つ略垂直方向に立設し
た状態で示した。The carbon nanotubes 17 constituting the electron-emitting portion 18 are conductors having a low work function in which a graphite structure composed of a series of six-membered rings of carbon atoms is formed into a cylindrical shape. It is conical and extremely sharp. This carbon nanotube 17 has a diameter of 2n.
Since the length is about m to several tens of nm and the length is about 0.5 to 1 μm, the aspect ratio, which is the ratio of height to diameter, is large. Thus, since the carbon nanotube 17 has a sharp tip and a large aspect ratio,
A strong electric field concentration occurs at the tip, and it has excellent electron emission characteristics. Further, the carbon nanotube 17 is a substance having a hardness comparable to that of diamond, and thus has excellent sputter resistance. In addition, the carbon nanotube 17
When the carbon nanotube 17 is formed,
Although the diameter, the length, and the like vary, in the present embodiment, for convenience of illustration, all the carbon nanotubes 17 are shown to have substantially the same diameter and to stand in a substantially vertical direction.

【００２７】上記第１の基板部材11の外面には、Ａｌま
たはＣｒを蒸着して形成した第１の層23ａと、該第１の
層23ａの表面にＮｉを蒸着して形成した第２の層23ｂか
らなる第１の外部電極23が形成されている。また、第２
の基板部材12の外面にも、ＡｌまたはＣｒを蒸着して形
成した第１の層24ａと、該第１の層24ａの表面にＮｉを
蒸着して形成した第２の層24ｂからなる第２の外部電極
24が形成されている。この第１の層23ａ，24ａを構成す
るＡｌまたはＣｒと、第２の層23ｂ，24ｂを構成するＮ
ｉとは、良好なオーム接触（ohmic contact）を実現す
るものとして選定された。もっとも、上記第１の外部電
極23及び第２の外部電極24は、必ずしも二層構造とする
必要はなく、Ｎｉのみを蒸着して形成してもよい。上記
枠部材13の材質としては、ｎ形半導体と熱膨張係数が近
く、内部に可動イオン（Ｎａ^＋）を含んだパイレックス
ガラス等が用いられる。On the outer surface of the first substrate member 11, a first layer 23a formed by evaporating Al or Cr, and a second layer formed by evaporating Ni on the surface of the first layer 23a. A first external electrode 23 made of the layer 23b is formed. Also, the second
A second layer 24a formed by evaporating Al or Cr on the outer surface of the substrate member 12 and a second layer 24b formed by evaporating Ni on the surface of the first layer 24a. External electrode
24 are formed. Al or Cr forming the first layers 23a and 24a, and N forming the second layers 23b and 24b.
i was chosen to achieve good ohmic contact. However, the first external electrode 23 and the second external electrode 24 do not necessarily have to have a two-layer structure, and may be formed by evaporating only Ni. As the material of the frame member 13, Pyrex glass or the like having a thermal expansion coefficient close to that of an n-type semiconductor and containing movable ions (Na ⁺ ) therein is used.

【００２８】上記第１の外部電極23及び第２の外部電極
24には、それぞれ第１の外部端子25及び第２の外部端子
26が接続される。そして、各端子25，26を線Ｌ1，Ｌ2あ
るいはＧＮＤに接続することにより、電界電子放出型サ
ージ吸収素子10は、図２５に示したサージ吸収素子72と
同様、線Ｌ1，Ｌ2間あるいは線Ｌ1，Ｌ2−ＧＮＤ間に挿
入接続されることとなる。The first external electrode 23 and the second external electrode
24 has a first external terminal 25 and a second external terminal, respectively.
26 is connected. Then, by connecting the terminals 25, 26 to the lines L1, L2 or GND, the field emission type surge absorbing element 10 can be connected between the lines L1, L2 or the line L1 similarly to the surge absorbing element 72 shown in FIG. , L2 and GND.

【００２９】なお、図示の便宜上、エミッタ・コーン15
及びカーボンナノチューブ17の大きさを強調して描かれ
ているが、実際には上記のようにエミッタ・コーン15は
μｍ単位の大きさ、カーボンナノチューブ17は直径がｎ
ｍ単位、長さがμｍ単位の大きさであるのに対し、第１
の基板部材11及び第２の基板部材12はmm単位（例えば２
〜６mm角）の大きさであり、エミッタ・コーン15も数万
〜数十万個以上形成されている。因みに、第１の電界電
子放出型サージ吸収素子10の全体の大きさは、６mm角で
厚さが０.６mm程度となる。For convenience of illustration, the emitter cone 15
And the size of the carbon nanotube 17 is emphasized. However, as described above, the emitter cone 15 has a size of μm unit, and the carbon nanotube 17 has a diameter of n.
m unit and length are μm unit size,
The substrate member 11 and the second substrate member 12 are in mm units (for example,
６6 mm square), and tens of thousands to hundreds of thousands of emitter cones 15 are formed. Incidentally, the overall size of the first field emission type surge absorbing element 10 is about 6 mm square and about 0.6 mm thick.

【００３０】しかして、上記線Ｌ1，Ｌ2間あるいは線Ｌ
1，Ｌ2−ＧＮＤ間に定格以上のサージ電圧が印加される
と、エミッタ・コーン15の先端部15ａに電界集中が生じ
る。この際、エミッタ・コーン15表面には、上記の通
り、多数のカーボンナノチューブ17が形成されているた
め、該カーボンナノチューブ先端部において強い電界集
中が生じ、その結果、比較的低い電圧印加によって電子
放出を実現することができるのである。上記のいわゆる
電界電子放出現象によって生じた電子は、対向する基板
部材の内面で捕捉されるため、第１の基板部材11と第２
の基板部材12との間に電流が流れる先駆放電が生成さ
れ、この先駆放電が真空火花放電に移行することでサー
ジの吸収が実現されるのである。The line L1 and L2 or the line L
1, When a surge voltage higher than the rated voltage is applied between L2 and GND, electric field concentration occurs at the tip 15a of the emitter cone 15. At this time, since a large number of carbon nanotubes 17 are formed on the surface of the emitter cone 15 as described above, a strong electric field concentration occurs at the tip of the carbon nanotube, and as a result, electron emission occurs due to application of a relatively low voltage. Can be realized. The electrons generated by the so-called field electron emission phenomenon are captured on the inner surface of the opposing substrate member, so that the first substrate member 11 and the second
A precursor discharge in which a current flows between the substrate member 12 is generated, and the precursor discharge shifts to a vacuum spark discharge, thereby realizing the absorption of the surge.

【００３１】この第１の電界電子放出型サージ吸収素子
10の場合、第１の基板部材11及び第２の基板部材12にそ
れぞれ電子放出部18を備えており、双方向に電子放出が
可能であるため、回路に接続する際にその極性を考慮す
る必要がない。This first field emission type surge absorbing element
In the case of 10, since the first substrate member 11 and the second substrate member 12 each have an electron emitting portion 18 and can emit electrons in both directions, the polarity thereof is taken into consideration when connecting to a circuit. No need.

【００３２】つぎに、図３〜図９に基づき、エミッタ・
コーン15の形成方法について説明する。まず、第１の基
板部材11及び第２の基板部材12の素になる抵抗率が０.
０１〜５（Ω・cm）のｎ形Ｓｉ基板27を用意し、その表
面を酸化させて厚さ約１５０〜３０００オングストロー
ムのＳｉＯ_２薄膜28を形成する（図３）。つぎに、上記
ＳｉＯ_２薄膜28の表面全域に、フォトレジスト29を均一
に塗布する（図４）。また、フォトレジスト29の上方に
遮光塗料30を円形に塗布したフォトマスク31を被せ、紫
外線ＵＶによる露光処理を施す。この結果、遮光塗料30
によって紫外線ＵＶが遮られる部分を除き、フォトレジ
スト29の表面が感光する。つぎに、所定の薬品を用いて
フォトレジスト29の中で感光された部分を除去し、Ｓｉ
Ｏ_２薄膜28の表面に円形のフォトレジスト・マスク32を
形成する（図５）。Next, based on FIG. 3 to FIG.
A method for forming the cone 15 will be described. First, the first substrate member 11 and the second substrate member 12 have a resistivity of 0.1.
An n-type Si substrate 27 of 01 to 5 (Ω · cm) is prepared and its surface is oxidized to form a SiO ₂ thin film 28 having a thickness of about 150 to 3000 Å (FIG. 3). Next, a photoresist 29 is uniformly applied to the entire surface of the SiO ₂ thin film 28 (FIG. 4). Further, a photomask 31 in which a light-shielding paint 30 is applied in a circular shape is placed over the photoresist 29, and an exposure process using ultraviolet rays UV is performed. As a result, the light-shielding paint 30
The surface of the photoresist 29 is exposed except for the part where the ultraviolet rays UV are blocked. Next, the exposed portion of the photoresist 29 is removed using a predetermined chemical, and Si is removed.
On the surface of the O ₂ thin film 28 to form a circular photoresist mask 32 (FIG. 5).

【００３３】つぎに、ＢＨＦ（Buffered 弗酸を用いた
ウエットエッチング）により、ＳｉＯ_２薄膜28の中でフ
ォトレジスト・マスク32で覆われていない部分を除去し
た後に、フォトレジスト・マスク32を剥離することによ
り、円形のドット状酸化膜マスク33を形成する（図
６）。なお、図においては１個の酸化膜マスク33のみが
表されているが、この酸化膜マスク33はエミッタ・コー
ン15の数に対応して形成されるものであり、実際には15
μｍ間隔でマトリクス状に多数形成されるものである。
また、酸化膜マスク33の直径は約10μｍに設定されてい
る。Next, the portions of the SiO ₂ thin film 28 that are not covered with the photoresist mask 32 are removed by BHF (wet etching using buffered hydrofluoric acid), and then the photoresist mask 32 is removed. Thus, a circular dot-shaped oxide film mask 33 is formed (FIG. 6). Although only one oxide film mask 33 is shown in the figure, this oxide film mask 33 is formed corresponding to the number of
Many are formed in a matrix at intervals of μm.
The diameter of the oxide film mask 33 is set to about 10 μm.

【００３４】つぎに、Ｓｉ基板27表面にＲＩＥ（リアク
ティブ・イオン・エッチング）を施して、酸化膜マスク
33で覆われていない部分を侵食させる（図７）。ＲＩＥ
は、図示しない真空チャンバ内に設置した２枚の平行電
極間にＳｉ基板27を配置させた上で、所定のガス媒体を
真空チャンバ内に充填し、両電極間に約150Ｗの電力を
加えて高周波プラズマ放電を発生させ、このプラズマに
よる化学作用とイオン衝撃による物理作用を利用してエ
ッチングを行う方法である。この場合、ガス媒体として
反応性のＯ_２とＳＦ_６を用いるのが望ましく、両者の体
積比は、２.２×１０^−１Torrの圧力下で、例えばＳＦ
_６：Ｏ_２＝９：１に設定される。ＲＩＥは異方性に優れ
ているため、酸化膜マスク33の裏面側にもエッチングが
進行してしまう、いわゆるアンダーカットの程度が比較
的低くなり、この結果、四角錐状の突出部34が形成され
る。このＲＩＥは、上記の条件下において例えば１５分
間実施される。Next, RIE (reactive ion etching) is performed on the surface of the Si substrate 27 to form an oxide film mask.
The part not covered with 33 is eroded (FIG. 7). RIE
Is a method in which an Si substrate 27 is arranged between two parallel electrodes installed in a vacuum chamber (not shown), a predetermined gas medium is filled in the vacuum chamber, and an electric power of about 150 W is applied between the two electrodes. In this method, high-frequency plasma discharge is generated, and etching is performed using a chemical action of the plasma and a physical action of ion bombardment. In this case, it is desirable to use reactive O ₂ and SF ₆ as a gas medium, and the volume ratio of both is, for example, SF 2 under a pressure of 2.2 × 10 ⁻¹ Torr.
₆ : O ₂ = 9: 1. Since RIE is excellent in anisotropy, the degree of so-called undercut, in which etching proceeds on the back side of the oxide film mask 33, is relatively low. As a result, a quadrangular pyramid-shaped protrusion 34 is formed. Is done. This RIE is performed, for example, for 15 minutes under the above conditions.

【００３５】つぎに、上記Ｓｉ基板27の表面に異方性ウ
ェットエッチングを施し、上記突出部34の表面を侵食さ
せて先端部を尖鋭化させる（図８）。一般にウェットエ
ッチングというのは、エッチング対象物を所定の化学薬
品に浸し、その化学反応を利用してエッチングを行うも
のであり、等方性が強い（すなわち、エッチング方向を
制御し難く、オーバーエッチングが生じ易い）という特
徴を備えている。これに対し、異方性ウェットエッチン
グは、エッチング液の選定に工夫を凝らすことにより、
ウェットエッチングながらも等方性を弱めてエッチング
方向を制御し易くしたものである。ここでは、異方性ウ
ェットエッチング用のエッチング液として、ＫＯＨとＨ
_２Ｏとの混合水溶液を用いており、その溶液温度は摂氏
５０度程度に設定される。また、両者の混合比率として
は、例えば１００mlのＨ_２Ｏに対して５０ｇのＫＯＨを
混合することが挙げられる。Next, the surface of the Si substrate 27 is subjected to anisotropic wet etching to erode the surface of the protrusion 34 to sharpen the tip (FIG. 8). In general, wet etching is a method in which an object to be etched is immersed in a predetermined chemical and etching is performed by using the chemical reaction, and is highly isotropic (that is, it is difficult to control the etching direction, and overetching is difficult). Easily occur). In contrast, anisotropic wet etching is devised by carefully selecting the etchant,
This is to make it easier to control the etching direction by weakening the isotropy while performing wet etching. Here, KOH and H are used as an etchant for anisotropic wet etching.
A mixed aqueous solution with ₂ O is used, and the solution temperature is set to about 50 degrees Celsius. As a mixing ratio of both, for example, 50 g of KOH is mixed with 100 ml of H ₂ O.

【００３６】上記の異方性ウェットエッチングが進行
し、ある程度のアンダーカット35が生じて突出部34の先
端が極めて尖鋭化すると、酸化膜マスク33は安定性を失
って落下する（図９）。この段階に至れば、突出部34の
先端の角度は25〜30度まで尖鋭化され、エミッタ・コー
ン15として完成しているため、上記異方性ウェットエッ
チングが停止される。ここに至るまでの異方性ウェット
エッチングの所要時間としては、約８分程度が見込まれ
る。以上のようにしてエミッタ・コーン15を形成すれ
ば、その先端部15ａを極めて尖鋭に形成することができ
る。When the above-described anisotropic wet etching proceeds and a certain degree of undercut 35 is generated and the tip of the projection 34 becomes extremely sharp, the oxide film mask 33 loses stability and drops (FIG. 9). At this stage, the angle of the tip of the protrusion 34 is sharpened to 25 to 30 degrees, and the anisotropic wet etching is stopped because the emitter cone 15 is completed. The time required for the anisotropic wet etching up to here is expected to be about 8 minutes. When the emitter cone 15 is formed as described above, the tip 15a can be formed extremely sharp.

【００３７】次に、エミッタ・コーン15の表面を含む上
記Ｓｉ基板27の表面に、カーボンナノチューブ17を形成
する方法について説明する。先ず、エミッタ・コーン15
の形成された上記Ｓｉ基板27の表面に、ＦｅやＣｏ或い
はＮｉ等のカーボンナノチューブの成長を促す触媒金属
36を、数オングストロームの厚さで蒸着する（図１
０）。Next, a method for forming the carbon nanotubes 17 on the surface of the Si substrate 27 including the surface of the emitter cone 15 will be described. First, the emitter cone 15
A catalytic metal that promotes the growth of carbon nanotubes such as Fe, Co or Ni on the surface of the Si substrate 27 on which
36 is deposited to a thickness of several angstroms (Fig. 1
0).

【００３８】次に、上記Ｓｉ基板27を電気炉37内に収納
し、その後、カーボンナノチューブの原料ガスである蒸
気化したベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）を、水素（Ｈ_２）ガスと
共に電気炉内に導入し、Ｓｉ基板27表面に導き、１１０
０℃程度の温度で熱分解させる（図１１）。この結果、
図１２及び図１３に示すように、Ｓｉ基板27表面に、多
数のカーボンナノチューブ17が成長するのである。尚、
図１２及び図１３においては、図示の便宜上、全てのカ
ーボンナノチューブ17を略同一の直径で、且つ略垂直方
向に立設した状態で示しているが、実際には、カーボン
ナノチューブ17の立設方向、直径、長さ、カーボンナノ
チューブ間の間隔等にはばらつきが存在し、複数のカー
ボンナノチューブ17同士が重なり合った状態で成長する
こともある。上記カーボンナノチューブ17の成長後、電
気炉37内の温度を下げ、水素（Ｈ_２）ガスをアルゴン
（Ａｒ）ガスで置換した後、Ｓｉ基板27を取り出す。Next, the Si substrate 27 is housed in an electric furnace 37, and then benzene (C ₆ H ₆ ), which is a raw material gas for carbon nanotubes, is mixed with hydrogen (H ₂ ) gas in the electric furnace. To the surface of the Si substrate 27,
Thermal decomposition is performed at a temperature of about 0 ° C. (FIG. 11). As a result,
As shown in FIGS. 12 and 13, a large number of carbon nanotubes 17 grow on the surface of the Si substrate 27. still,
12 and 13, for convenience of illustration, all the carbon nanotubes 17 are shown to have substantially the same diameter and are erected in a substantially vertical direction. The diameter, the length, the distance between the carbon nanotubes, and the like vary, and the plurality of carbon nanotubes 17 may grow in an overlapping state. After the growth of the carbon nanotubes 17, the temperature inside the electric furnace 37 is lowered, and the hydrogen (H ₂ ) gas is replaced with an argon (Ar) gas, and then the Si substrate 27 is taken out.

【００３９】上記のようにして、表面にエミッタ・コー
ン15及びカーボンナノチューブ17が形成された第１の基
板部材11及び第２の基板部材12の外面には、それぞれ第
１の外部電極23及び第２の外部電極24が形成される。As described above, on the outer surfaces of the first substrate member 11 and the second substrate member 12 having the emitter cones 15 and the carbon nanotubes 17 formed on the surfaces, respectively, the first external electrodes 23 and the second external electrodes 23 are formed. Two external electrodes 24 are formed.

【００４０】つぎに、図１４に示すように、第１の基板
部材11の表面に枠部材13を重ね合わせる。この枠部材13
は、長方形状のガラス板の真ん中部分を長方形状に大き
く切り欠いた形状を備えており、第１の基板部材11の対
向面周縁40にその第１の端面（下面）13ａが重ねられ
る。Next, as shown in FIG. 14, the frame member 13 is overlaid on the surface of the first substrate member 11. This frame member 13
Has a shape in which a middle portion of a rectangular glass plate is largely cut away in a rectangular shape, and a first end surface (lower surface) 13 a of the first substrate member 11 is overlapped on a peripheral edge 40 of the facing surface.

【００４１】つぎに、図１５に示すように、ホットプレ
ート42上に第１の基板部材11を、第１の外部電極23を下
にして載置する。そして、枠部材13の第２の端面13ｂに
は、電極板43が圧着される。また、第１の基板部材11の
第１の外部電極23には、ホットプレート42を経由して直
流電源44のプラス側が接続されると共に、上記電極板43
には直流電源44のマイナス側が接続される。つぎに、上
記ホットプレート42によって、第１の基板部材11及び枠
部材13が摂氏２００〜６００度に加熱された状態で、上
記直流電源44より５０〜１０００Ｖの直流電圧が印加さ
れる。Next, as shown in FIG. 15, the first substrate member 11 is placed on the hot plate 42 with the first external electrode 23 facing down. Then, the electrode plate 43 is crimped to the second end face 13b of the frame member 13. The positive side of a DC power supply 44 is connected to the first external electrode 23 of the first substrate member 11 via a hot plate 42, and the electrode plate 43
Is connected to the negative side of the DC power supply 44. Next, a DC voltage of 50 to 1000 V is applied from the DC power supply 44 while the first substrate member 11 and the frame member 13 are heated to 200 to 600 degrees Celsius by the hot plate 42.

【００４２】この結果、図１６に示すように、一定時間
経過後には枠部材13中の陽イオン45がマイナス側（すな
わち枠部材13の第２の端面13ｂ側）に移動すると共に、
第１の基板部材14の対向面周縁40近傍にマイナスの電荷
が集中して空間電荷層46が現れ、大きな吸引力を伴う化
学結合が生じて陽極接合が実現される。As a result, as shown in FIG. 16, after a certain period of time, the cations 45 in the frame member 13 move to the minus side (ie, the second end surface 13b side of the frame member 13), and
Negative charges are concentrated near the peripheral edge 40 of the first substrate member 14 to form the space charge layer 46, and a chemical bond with a large attractive force is generated to realize anodic bonding.

【００４３】以上のようにして、第１の基板部材11の対
向面周縁40と枠部材13の第１の端面13ａとの強固な接合
が完了した後、図１７に示すように、枠部材13の第２の
端面13ｂを砥石車47で研磨し、枠部材13を必要な高さ
（厚さ）に調整する。As described above, after the firm joining of the peripheral edge 40 of the opposing surface of the first substrate member 11 and the first end surface 13a of the frame member 13 is completed, as shown in FIG. The second end face 13b is polished by a grinding wheel 47 to adjust the frame member 13 to a required height (thickness).

【００４４】図１８に示すように、今度は真空雰囲気中
において、ホットプレート42上に第２の基板部材12を第
２の外部電極24を下にして載置すると共に、枠部材13の
第２の端面13ｂを第２の基板部材12の対向面周縁48に当
接させる。また、上記第２の基板部材12の第２の外部電
極24には、ホットプレート42経由して直流電源44のプラ
ス側が接続されると共に、第１の基板部材11の第１の外
部電極23には電極板43を介して直流電源44のマイナス側
が接続される。そして、上記ホットプレート42によっ
て、第２の基板部材12及び枠部材13が摂氏２００〜６０
０度に加熱された状態で、上記直流電源44より５０〜１
０００Ｖの直流電圧が印加される。この結果、上記と同
様のメカニズムによって、第２の基板部材12の対向面周
縁48と枠部材13の第２の端面13ｂとの強固な陽極接合が
実現され、高い気密性を備えた外囲器14が完成する。As shown in FIG. 18, this time, in a vacuum atmosphere, the second substrate member 12 is placed on the hot plate 42 with the second external electrode 24 facing down, and the second member Is brought into contact with the peripheral edge 48 of the facing surface of the second substrate member 12. Further, the plus side of the DC power supply 44 is connected to the second external electrode 24 of the second substrate member 12 via the hot plate 42, and the second external electrode 24 of the first substrate member 11 is connected to the first external electrode 23 of the first substrate member 11. Is connected to the negative side of the DC power supply 44 via the electrode plate 43. Then, the second substrate member 12 and the frame member 13 are heated by the hot plate 42 to 200 to 60 degrees Celsius.
In the state of being heated to 0 degrees, 50 to 1
A DC voltage of 000 V is applied. As a result, the strong anodic bonding between the peripheral edge 48 of the second substrate member 12 and the second end surface 13b of the frame member 13 is realized by the same mechanism as described above, and the envelope having high airtightness is realized. 14 is completed.

【００４５】上記陽極接合法は、溶融ガラスや接着剤を
使用しないため、両基板部材11，12と枠部材13とを高い
位置精度で接合することができると共に、接合後の脱ガ
ス処理が不要である利点を備えている。また、枠部材13
は両基板部材11，12と陽極接合されるため、内部に可動
イオンを含んだパイレックスガラス等によって構成する
必要があり、これをあまり薄く形成すると割れ易くなる
ため、製造過程での取扱いを考慮すると１００μｍ以下
にはできないという問題があったが、上記の通り、枠部
材13を第１の基板部材11に陽極接合した後で、研磨によ
って枠部材13の高さを調整する工程を設けることによ
り、枠部材13の高さを１００μｍ以下に形成することが
でき、従って、両基板部材の内面間の距離を狭めること
で動作電圧を低く設定することが可能である。一旦第１
の基板部材11に接合させた後で研磨工程を行うものであ
るため、例え枠部材13の厚さが１００μｍ以下であって
も容易に割れたりすることがなく、取扱上の不都合は生
じない。Since the anodic bonding method does not use a molten glass or an adhesive, the two substrate members 11, 12 and the frame member 13 can be bonded with high positional accuracy, and degassing after the bonding is unnecessary. It has the advantage of being. Also, the frame member 13
Must be made of Pyrex glass or the like containing mobile ions inside because it is anodically bonded to both substrate members 11 and 12. If it is formed too thin, it will be easily broken. Although there was a problem that it could not be 100 μm or less, as described above, after the frame member 13 was anodically bonded to the first substrate member 11, by providing a step of adjusting the height of the frame member 13 by polishing, The height of the frame member 13 can be set to 100 μm or less. Therefore, the operating voltage can be set low by reducing the distance between the inner surfaces of the two substrate members. Once the first
Since the polishing step is performed after bonding to the substrate member 11, even if the thickness of the frame member 13 is 100 μm or less, the frame member 13 is not easily broken, and there is no inconvenience in handling.

【００４６】上記第１の電界電子放出型サージ吸収素子
10は、両基板部材11，12の対向面に電子放出部18（エミ
ッタ・コーン15及びカーボンナノチューブ17）が形成さ
れたタイプのものであるが、この発明はこの種の電界電
子放出型サージ吸収素子に限定されるものではない。す
なわち、従来技術で説明したような、一方の基板部材の
対向面に形成された電子放出部が他方の基板部材の内面
と対向するように構成された電界電子放出型サージ吸収
素子にも応用できる。The first field emission type surge absorbing element
Reference numeral 10 denotes a type in which an electron emission portion 18 (emitter cone 15 and carbon nanotube 17) is formed on the opposing surfaces of both substrate members 11 and 12, and the present invention is based on this type of field electron emission type surge absorber. It is not limited to the element. That is, as described in the related art, the present invention can be applied to a field emission type surge absorbing element configured such that an electron emission portion formed on a facing surface of one substrate member faces an inner surface of the other substrate member. .

【００４７】図１９は、本発明に係る第２の電界電子放
出型サージ吸収素子49を示すものである。この第２の電
界電子放出型サージ吸収素子49は、第１の基板部材11及
び第２の基板部材12内面にエミッタ・コーン15を形成し
ていない点で上記第１の電界電子放出型サージ吸収素子
10と異なっており、それ以外の構成は上記第１の電界電
子放出型サージ吸収素子10と同じである。FIG. 19 shows a second field electron emission type surge absorbing element 49 according to the present invention. This second field emission type surge absorbing element 49 is different from the first field emission type surge absorbing element in that the emitter cone 15 is not formed on the inner surfaces of the first substrate member 11 and the second substrate member 12. element
The configuration is different from that of the first embodiment, and the other configuration is the same as that of the first field emission type surge absorbing element 10 described above.

【００４８】すなわち、この第２の電界電子放出型サー
ジ吸収素子49は、図１９に示すように、第１の基板部材
11と第２の基板部材12とを所定の距離を隔てて対向配置
させ、両基板部材の内面周縁部をスペーサを兼ねた枠部
材13を間に介して気密封止することによって外囲器14を
形成し、該外囲器14内を１０^−６〜１０^−８Torrの高真
空状態に維持してなり、上記第１の基板部材11及び第２
の基板部材12の内面には、その略全面に亘ってカーボン
ナノチューブ群16が形成されている。上記カーボンナノ
チューブ群16は、図２０に拡大して示すように、第１の
基板部材11及び第２の基板部材12内面から立設した多数
のカーボンナノチューブ17の高密度集合体から構成され
ている。そして、上記多数のカーボンナノチューブ17に
より、この第２の電界電子放出型サージ吸収素子49の電
子放出部50が構成されているのである。That is, as shown in FIG. 19, the second field electron emission type surge absorbing element 49 comprises a first substrate member.
11 and the second substrate member 12 are opposed to each other with a predetermined distance therebetween, and the inner peripheral edges of both substrate members are hermetically sealed via a frame member 13 also serving as a spacer, thereby forming an outer casing 14. The inside of the envelope 14 is maintained in a high vacuum state of 10 ⁻⁶ to 10 ⁻⁸ Torr, and the first substrate member 11 and the second
On the inner surface of the substrate member 12, a carbon nanotube group 16 is formed over substantially the entire surface. The carbon nanotube group 16 is composed of a high-density aggregate of a large number of carbon nanotubes 17 erected from the inner surfaces of the first substrate member 11 and the second substrate member 12, as shown in FIG. . The electron emission portion 50 of the second field electron emission type surge absorbing element 49 is constituted by the large number of carbon nanotubes 17.

【００４９】上記第１の基板部材11の外面には、Ａｌま
たはＣｒを蒸着して形成した第１の層23ａと、該第１の
層23ａの表面にＮｉを蒸着して形成した第２の層23ｂか
らなる第１の外部電極23が形成されている。また、第２
の基板部材12の外面にも、ＡｌまたはＣｒを蒸着して形
成した第１の層24ａと、該第１の層24ａの表面にＮｉを
蒸着して形成した第２の層24ｂからなる第２の外部電極
24が形成されている。On the outer surface of the first substrate member 11, a first layer 23a formed by evaporating Al or Cr, and a second layer formed by evaporating Ni on the surface of the first layer 23a. A first external electrode 23 made of the layer 23b is formed. Also, the second
A second layer 24a formed by evaporating Al or Cr on the outer surface of the substrate member 12 and a second layer 24b formed by evaporating Ni on the surface of the first layer 24a. External electrode
24 are formed.

【００５０】上記第１の外部電極23及び第２の外部電極
24には、それぞれ第１の外部端子25及び第２の外部端子
26が接続される。そして、各端子25，26を線Ｌ1，Ｌ2あ
るいはＧＮＤに接続することにより、第２の電界電子放
出型サージ吸収素子10は、図２５に示したサージ吸収素
子72と同様、線Ｌ1，Ｌ2間あるいは線Ｌ1，Ｌ2−ＧＮＤ
間に挿入接続されることとなる。The first external electrode 23 and the second external electrode
24 has a first external terminal 25 and a second external terminal, respectively.
26 is connected. Then, by connecting the terminals 25, 26 to the lines L1, L2 or GND, the second field emission surge absorbing element 10 can be connected between the lines L1, L2 in the same manner as the surge absorbing element 72 shown in FIG. Or line L1, L2-GND
It will be inserted and connected between them.

【００５１】しかして、上記線Ｌ1，Ｌ2間あるいは線Ｌ
1，Ｌ2−ＧＮＤ間に定格以上のサージ電圧が印加される
と、カーボンナノチューブ17に電界集中が生じる。上記
の通り、カーボンナノチューブ17は、その先端部が尖鋭
であると共にアスペクト比が大きいことから、先端部に
おいて強い電界集中が生じるものであり、優れた電子放
出特性を備えている。従って、上記第１の電界電子放出
型サージ吸収素子10が有するエミッタ・コーン15を形成
しなくても、比較的低い電圧印加によって電子放出を実
現することができるのである。上記の電界電子放出現象
によって生じた電子は、対向する基板部材の内面で捕捉
されるため、第１の基板部材11と第２の基板部材12との
間に電流が流れる先駆放電が生成され、この先駆放電が
真空火花放電に移行することでサージの吸収が実現され
る。The line L1 and L2 or the line L
1. When a surge voltage higher than the rated voltage is applied between L2 and GND, electric field concentration occurs in the carbon nanotubes 17. As described above, since the carbon nanotube 17 has a sharp tip and a large aspect ratio, a strong electric field concentration occurs at the tip, and the carbon nanotube 17 has excellent electron emission characteristics. Therefore, electron emission can be realized by applying a relatively low voltage without forming the emitter cone 15 included in the first field emission type surge absorbing element 10. Since the electrons generated by the above-mentioned field electron emission phenomenon are captured on the inner surface of the opposing substrate member, a precursor discharge in which a current flows between the first substrate member 11 and the second substrate member 12 is generated, This precursor discharge is transferred to vacuum spark discharge, thereby realizing surge absorption.

【００５２】尚、第２の電界電子放出型サージ吸収素子
49の製造方法は、エミッタ・コーン15の形成工程を必要
としない点を除いて、第１の電界電子放出型サージ吸収
素子10の製造方法と同じである。すなわち、第２の電界
電子放出型サージ吸収素子49にあっては、先ずＳｉ基板
27の表面に、ＦｅやＣｏ或いはＮｉ等のカーボンナノチ
ューブの成長を促す触媒金属36を、数オングストローム
の厚さで蒸着する（図２１）。次に、上記Ｓｉ基板27を
電気炉37内に収納し、その後、カーボンナノチューブの
原料ガスである蒸気化したベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）を、水
素（Ｈ_２）ガスと共に電気炉37内に導入し、Ｓｉ基板27
表面に導き、１１００℃程度の温度で熱分解させる（図
２２）。この結果、図２３及び図２４に示すように、Ｓ
ｉ基板27表面に、多数のカーボンナノチューブ17が成長
するのである。上記カーボンナノチューブ17の成長後、
電気炉37内の温度を下げ、水素（Ｈ_２）ガスをアルゴン
（Ａｒ）ガスで置換した後、Ｓｉ基板27を取り出す。The second field-emission type surge absorbing element
The method of manufacturing 49 is the same as the method of manufacturing the first field emission surge absorbing element 10 except that the step of forming the emitter cone 15 is not required. That is, in the second field emission type surge absorbing element 49, first, the Si substrate
On the surface of 27, a catalytic metal 36 for promoting the growth of carbon nanotubes such as Fe, Co or Ni is deposited in a thickness of several angstroms (FIG. 21). Next, the Si substrate 27 is housed in an electric furnace 37, and thereafter, benzene (C ₆ H ₆ ), which is a raw material gas for carbon nanotubes, is introduced into the electric furnace 37 together with hydrogen (H ₂ ) gas. And Si substrate 27
It is led to the surface and thermally decomposed at a temperature of about 1100 ° C. (FIG. 22). As a result, as shown in FIG. 23 and FIG.
Many carbon nanotubes 17 grow on the surface of the i-substrate 27. After the growth of the carbon nanotubes 17,
After lowering the temperature in the electric furnace 37 and replacing hydrogen (H ₂ ) gas with argon (Ar) gas, the Si substrate 27 is taken out.

【００５３】上記のようにして、カーボンナノチューブ
17が形成された第１の基板部材11及び第２の基板部材12
の外面に、それぞれ第１の外部電極23及び第２の外部電
極24を形成した後、上記第１の電界電子放出型サージ吸
収素子の場合と同じ方法（図１４乃至図１８参照）に従
って、第２の電界電子放出型サージ吸収素子を製造する
ことができるのである。As described above, the carbon nanotube
First substrate member 11 and second substrate member 12 on which 17 is formed
After a first external electrode 23 and a second external electrode 24 are respectively formed on the outer surface of the device, the first external electrode 23 and the second external electrode 24 are formed in the same manner as in the case of the first field emission type surge absorbing element (see FIGS. 14 to 18). This makes it possible to manufacture the second field-emission-type surge absorbing element.

【００５４】この第２の電界電子放出型サージ吸収素子
49は、エミッタ・コーン15を形成しないため、エミッタ
・コーン15の形成工程が不用であり、従って、第１の電
界電子放出型サージ吸収素子10に比べて製造が簡易であ
る。また、エミッタ・コーン15を形成しないことから、
第１の基板部材11と第２の基板部材12との間の距離をエ
ミッタ・コーン15の高さに相当する分だけ縮めることが
でき、素子を小型化することが可能である。This second field emission type surge absorbing element
In the case of 49, the emitter cone 15 is not formed, so that the step of forming the emitter cone 15 is unnecessary. Therefore, the manufacturing is simpler than that of the first field emission type surge absorbing element 10. Also, since the emitter cone 15 is not formed,
The distance between the first substrate member 11 and the second substrate member 12 can be reduced by an amount corresponding to the height of the emitter cone 15, and the element can be downsized.

【００５５】一方、第１の電界電子放出型サージ吸収素
子10にあっては、尖鋭なエミッタ・コーン15の表面に、
さらにカーボンナノチューブ17を形成していることか
ら、上記第２の電界電子放出型サージ吸収素子49に比べ
て、カーボンナノチューブ先端部での電界集中の度合い
をより高めることができ、動作電圧を一層低く設定する
ことが可能である。On the other hand, in the first field emission type surge absorbing element 10, the surface of the sharp emitter cone 15
Further, since the carbon nanotubes 17 are formed, the degree of electric field concentration at the tip of the carbon nanotubes can be further increased as compared with the second field emission type surge absorbing element 49, and the operating voltage can be further reduced. It is possible to set.

【００５６】[0056]

【発明の効果】本発明に係る電界電子放出型サージ吸収
素子にあっては、電子放出部として、先端部が尖鋭であ
ると共にアスペクト比が大きく、優れた電子放出特性を
備えたカーボンナノチューブを採用していることから、
その動作電圧を比較的低い値に容易に設定することがで
きる。According to the field emission type surge absorbing element of the present invention, a carbon nanotube having a sharp tip, a large aspect ratio, and excellent electron emission characteristics is used as an electron emission portion. From doing
The operating voltage can be easily set to a relatively low value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】この発明に係る第１の電界電子放出型サージ吸
収素子を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a first field emission type surge absorbing element according to the present invention.

【図２】この発明に係る第１の電界電子放出型サージ吸
収素子の要部拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the first field emission type surge absorbing element according to the present invention.

【図３】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.

【図４】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.

【図５】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 5 is a partial sectional view showing a process of forming an emitter cone.

【図６】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.

【図７】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.

【図８】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.

【図９】エミッタ・コーンの形成過程を示す部分断面図
である。FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing a process of forming an emitter cone.

【図１０】カーボンナノチューブを形成する方法を示す
部分断面図である。FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a method for forming a carbon nanotube.

【図１１】カーボンナノチューブを形成する方法を示す
説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a method for forming a carbon nanotube.

【図１２】カーボンナノチューブを形成する方法を示す
部分断面図である。FIG. 12 is a partial cross-sectional view illustrating a method for forming a carbon nanotube.

【図１３】カーボンナノチューブを形成する方法を示す
部分拡大断面図である。FIG. 13 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a method of forming a carbon nanotube.

【図１４】第１の基板部材と枠部材との接合過程を示す
斜視図である。FIG. 14 is a perspective view showing a joining process between the first substrate member and the frame member.

【図１５】第１の基板部材と枠部材との接合過程を示す
説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing a joining process between the first substrate member and the frame member.

【図１６】第１の基板部材と枠部材との接合原理を示す
概念図である。FIG. 16 is a conceptual diagram showing the principle of joining the first substrate member and the frame member.

【図１７】枠部材の研磨工程を示す説明図である。FIG. 17 is an explanatory view showing a polishing step of the frame member.

【図１８】第２の基板部材と枠部材との接合過程を示す
説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating a joining process between the second substrate member and the frame member.

【図１９】この発明に係る第２の電界電子放出型サージ
吸収素子を示す断面図である。FIG. 19 is a sectional view showing a second field-emission-type surge absorbing element according to the present invention.

【図２０】この発明に係る第２の電界電子放出型サージ
吸収素子の要部拡大断面図である。FIG. 20 is an enlarged sectional view of a main part of a second field-emission-type surge absorbing element according to the present invention.

【図２１】カーボンナノチューブを形成する方法を示す
部分断面図である。FIG. 21 is a partial cross-sectional view illustrating a method for forming a carbon nanotube.

【図２２】カーボンナノチューブを形成する方法を示す
説明図である。FIG. 22 is an explanatory diagram showing a method for forming a carbon nanotube.

【図２３】カーボンナノチューブを形成する方法を示す
部分断面図である。FIG. 23 is a partial cross-sectional view showing a method for forming a carbon nanotube.

【図２４】カーボンナノチューブを形成する方法を示す
部分拡大断面図である。FIG. 24 is a partially enlarged cross-sectional view illustrating a method of forming a carbon nanotube.

【図２５】サージ吸収素子一般の使用例を示す回路図で
ある。FIG. 25 is a circuit diagram showing a general use example of a surge absorbing element.

【図２６】従来の電界電子放出型サージ吸収素子を示す
断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view showing a conventional field emission type surge absorbing element.

【図２７】電界電子放出形サージ吸収素子一般のサージ
吸収特性を示す波形図である。FIG. 27 is a waveform chart showing surge absorption characteristics of a general field emission type surge absorber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 第１の電界電子放出型サージ吸収素子 11 第１の基板部材 12 第２の基板部材 15 エミッタ・コーン 15ａ エミッタ・コーンの先端部 17 カーボンナノチューブ 18 第１の電界電子放出型サージ吸収素子の電子放出
部 36 触媒金属 49 第２の電界電子放出型サージ吸収素子 50 第２の電界電子放出型サージ吸収素子の電子放出
部10 First field emission type surge absorbing element 11 First substrate member 12 Second substrate member 15 Emitter cone 15a Tip of emitter cone 17 Carbon nanotube 18 Electrons of first field emission type surge absorbing element Emission unit 36 Catalyst metal 49 Second field electron emission type surge absorption element 50 Electron emission unit of second field electron emission type surge absorption element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 光晴 長野県岡谷市天竜町３−20−32 岡谷電機 産業株式会社長野製作所内 (72)発明者 三沢 雅芳 長野県伊那市大字手良中坪449 (72)発明者 米久保 荘 長野県塩尻市大字片丘4691 (72)発明者 古賀 洋美 長野県岡谷市天竜町３−20−32 岡谷電機 産業株式会社長野製作所内 Ｆターム(参考） 5G013 AA02 AA05 CB02 CB21 DA05 5G053 AA10 CA05 FA06  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mitsuharu Maruyama 3-20-32 Tenryucho, Okaya-shi, Nagano Okaya Electric Industrial Co., Ltd.Nagano Works (72) Inventor Masayoshi Misawa 449 Teranakatsubo, Ina-shi, Nagano (72) Inventor Yonekubo Sou 4691 Kataoka, Oji, Shiojiri City, Nagano Prefecture (72) Inventor Hiromi Koga 3-20-32 Tenryucho, Okaya City, Nagano Prefecture Okaya Electric Industrial Co., Ltd. Nagano Works F-term (reference) CB02 CB21 DA05 5G053 AA10 CA05 FA06

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 半導体よりなる第１の基板部材と第２の
基板部材とを対向配置し、両基板部材の対向面周縁を気
密封止して外囲器を形成し、該外囲器内を高真空状態と
なすと共に、上記第１の基板部材の対向面及び第２の基
板部材の対向面の少なくとも一方に電子放出部を形成
し、当該電子放出部と他方の基板部材の内面あるいは電
子放出部との間に所定の間隙を形成し、さらに両基板部
材の外面にそれぞれ外部電極を形成してなる電界電子放
出型サージ吸収素子において、上記電子放出部を、半導
体より成る多数のエミッタ・コーン及び該エミッタ・コ
ーンの表面に形成された多数のカーボンナノチューブと
で構成したことを特徴とする電界電子放出型サージ吸収
素子。A first substrate member and a second substrate member made of a semiconductor are disposed to face each other, and the peripheral edges of the opposing surfaces of both substrate members are hermetically sealed to form an envelope. In a high vacuum state, and an electron emission portion is formed on at least one of the opposing surface of the first substrate member and the opposing surface of the second substrate member. In a field electron emission type surge absorbing element in which a predetermined gap is formed between the electron emitting portion and an external electrode on the outer surface of each of the substrate members, the electron emitting portion is formed by a large number of emitters and semiconductors. A field electron emission type surge absorbing element comprising a cone and a number of carbon nanotubes formed on the surface of the emitter cone. 【請求項２】 半導体よりなる第１の基板部材と第２の
基板部材とを対向配置し、両基板部材の対向面周縁を気
密封止して外囲器を形成し、該外囲器内を高真空状態と
なすと共に、上記第１の基板部材の対向面及び第２の基
板部材の対向面の少なくとも一方に電子放出部を形成
し、当該電子放出部と他方の基板部材の内面あるいは電
子放出部との間に所定の間隙を形成し、さらに両基板部
材の外面にそれぞれ外部電極を形成してなる電界電子放
出型サージ吸収素子において、上記電子放出部を、多数
のカーボンナノチューブで構成したことを特徴とする電
界電子放出型サージ吸収素子。2. A semiconductor device comprising: a first substrate member made of a semiconductor and a second substrate member arranged to face each other; and an outer periphery formed by hermetically sealing the peripheral edges of the facing surfaces of the two substrate members. In a high vacuum state, and an electron emission portion is formed on at least one of the opposing surface of the first substrate member and the opposing surface of the second substrate member. In a field electron emission type surge absorbing element in which a predetermined gap is formed between the emission portion and the external electrodes formed on the outer surfaces of both substrate members, the electron emission portion is composed of a large number of carbon nanotubes. A field electron emission type surge absorbing element characterized by the above-mentioned. 【請求項３】 請求項１に記載の電界電子放出型サージ
吸収素子の製造方法であって、上記基板部材の表面の少
なくとも一部分に多数のエミッタ・コーンを形成した
後、この基板部材の表面にカーボンナノチューブの成長
を促す触媒金属を蒸着し、その後、上記基板部材の表面
にカーボンナノチューブの原料ガスを導き、該原料ガス
を所定温度で熱分解して、上記エミッタ・コーンの表面
に多数のカーボンナノチューブを形成することを特徴と
する請求項１に記載の電界電子放出型サージ吸収素子の
製造方法。3. The method for manufacturing a field electron emission type surge absorbing element according to claim 1, wherein a large number of emitter cones are formed on at least a part of the surface of the substrate member, and then formed on the surface of the substrate member. A catalytic metal for promoting the growth of carbon nanotubes is deposited, and then a raw material gas for carbon nanotubes is introduced to the surface of the substrate member. The method of claim 1, wherein a nanotube is formed. 【請求項４】 請求項２に記載の電界電子放出型サージ
吸収素子の製造方法であって、上記基板部材の表面にカ
ーボンナノチューブの成長を促す触媒金属を蒸着し、そ
の後、上記基板部材の表面にカーボンナノチューブの原
料ガスを導き、該原料ガスを所定温度で熱分解して、上
記基板部材の表面に多数のカーボンナノチューブを形成
することを特徴とする請求項２に記載の電界電子放出型
サージ吸収素子の製造方法。4. The method for manufacturing a field electron emission type surge absorbing element according to claim 2, wherein a catalyst metal for promoting the growth of carbon nanotubes is deposited on the surface of the substrate member, and thereafter, the surface of the substrate member is deposited. 3. A field electron emission type surge according to claim 2, wherein a raw material gas for the carbon nanotubes is introduced to the substrate member, and the raw material gas is thermally decomposed at a predetermined temperature to form a large number of carbon nanotubes on the surface of the substrate member. Manufacturing method of the absorption element.