JP2001240403A - Carbon material, method for manufacturing the same, and electron discharging element - Google Patents
Carbon material, method for manufacturing the same, and electron discharging elementInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素物質、炭素物
質の製造方法及び電子放出素子に関する。The present invention relates to a carbon material, a method for producing a carbon material, and an electron-emitting device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電界の作用によって電子を放出する電界
電子放出素子は、熱エネルギを利用して電子を放出する
熱電子放出素子に比べ、省エネルギで長寿命化が可能
等、多くの優れた点を有している。電界電子放出素子に
おいては、低電圧駆動で電子放出を可能にすると共に電
子放出効率を向上させるために、電子放出材料の先端を
鋭利にする必要がある。2. Description of the Related Art A field electron-emitting device that emits electrons by the action of an electric field has many advantages, such as energy saving and a longer life, compared to a thermionic electron-emitting device that emits electrons by using thermal energy. Have a point. In a field emission device, it is necessary to sharpen the tip of an electron emission material in order to enable electron emission at low voltage driving and to improve electron emission efficiency.
【０００３】このような観点から、近年、カーボンナノ
チューブ等の微細な炭素物質が電界電子放出素子の電子
放出材料として注目されている。カーボンナノチューブ
はその外径が１０〜数１０ｎｍ、長さが数μｍと形状的
には低電圧で電界放出を行わせるのに十分な構造形態を
持ち、その材料である炭素は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、電界電子放出素子と
しては、理想的な材料である。[0003] From such a viewpoint, in recent years, fine carbon substances such as carbon nanotubes have attracted attention as electron-emitting materials for field electron-emitting devices. Carbon nanotubes have an outer diameter of 10 to several tens of nanometers and a length of several μm, and are structurally sufficient to allow field emission at low voltage, and the carbon material is chemically stable. Since it has the feature of being mechanically tough, it is an ideal material for a field emission device.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】カーボンナノチューブ
を電子放出材料として使用する場合、電界の集中という
点から、カーボンナノチューブは電界に沿った向き（基
板に対して垂直な方向）に配向していることが望まし
い。しかしながら、カーボンナノチューブは、その形態
が糸状であるため、単にカーボンナノチューブを基板に
被着した場合、殆どのカーボンナノチューブはその先端
が基板に対して垂直方向に揃って配向せず、低電圧駆動
では不均一性が生じる等の問題があった。例えば、カー
ボンナノチューブをペースト化してカソード導体上に印
刷形成した場合、ペースト溶剤の粘度や添加物のため、
印刷後のカーボンナノチューブは殆どが基板に沿って倒
れており、このため有効な電界放出効果が得られず、電
子を引出すための引出し電圧が高く又、電子放出量が少
ない等の問題点があった。また、この場合、カーボンナ
ノチューブが溶剤に埋もれてしまい、電子放出特性がよ
くないという問題があった。When carbon nanotubes are used as an electron-emitting material, the carbon nanotubes must be oriented in a direction along the electric field (perpendicular to the substrate) in view of the concentration of the electric field. Is desirable. However, since carbon nanotubes are in the form of a thread, when carbon nanotubes are simply adhered to a substrate, most of the carbon nanotubes do not have their tips aligned in a direction perpendicular to the substrate, and cannot be driven at low voltage. There were problems such as non-uniformity. For example, when carbon nanotubes are made into a paste and printed on the cathode conductor, because of the viscosity and additives of the paste solvent,
Most of the carbon nanotubes after printing fall down along the substrate, so that an effective field emission effect cannot be obtained, and there are problems such as a high extraction voltage for extracting electrons and a small amount of electron emission. Was. Further, in this case, there is a problem that the carbon nanotubes are buried in the solvent and the electron emission characteristics are not good.
【０００５】本発明は、電子放出素子に適した炭素物質
を提供することを課題としている。また、本発明は、電
子放出素子に適した炭素物質の製造方法を提供すること
を課題としている。さらに、本発明は、電子放出特性に
優れた電子放出素子を提供することすることを課題とし
ている。An object of the present invention is to provide a carbon material suitable for an electron-emitting device. Another object of the present invention is to provide a method for producing a carbon material suitable for an electron-emitting device. Another object of the present invention is to provide an electron-emitting device having excellent electron-emitting characteristics.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、炭素に
よって構成され線径が１ｎｍ〜２μｍで少なくとも一部
が螺旋状に形成された炭素物質が提供される。また、本
発明によれば、ＣＶＤ法を用いて、基材上にＦｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ又はこれらの酸化物の薄膜を形成
して成る基板上に炭素含有ガスを供給して、炭素によっ
て構成され線径が１ｎｍ〜２μｍで少なくとも一部が螺
旋状に形成された炭素物質を製造することを特徴とする
炭素物質の製造方法が提供される。According to the present invention, there is provided a carbon material which is made of carbon, has a wire diameter of 1 nm to 2 μm, and is at least partially formed in a spiral shape. Further, according to the present invention, Fe, N
A carbon-containing gas is supplied onto a substrate on which a thin film of i, Co, Cr, Zn or an oxide thereof is formed, and is formed of carbon, has a wire diameter of 1 nm to 2 μm, and has at least a part formed in a spiral shape. The present invention provides a method for producing a carbon material, characterized by producing a carbon material.
【０００７】ここで、基材上のＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃ
ｒ、Ｚｎ又はこれらの酸化物の薄膜が真空蒸着法により
形成されていてもよい。また、前記炭素含有ガスは、炭
化水素系ガスであってもよい。尚、前記ＣＶＤ法として
は、熱フィラメントＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等があ
る。前記炭素含有ガスとしては炭化水素系ガスを使用す
ることもでき、これにＡｒ等を混合して使用してもよ
い。Here, Fe, Ni, Co, C on the substrate
A thin film of r, Zn or their oxides may be formed by a vacuum evaporation method. Further, the carbon-containing gas may be a hydrocarbon-based gas. The CVD method includes a hot filament CVD method and a plasma CVD method. As the carbon-containing gas, a hydrocarbon-based gas may be used, and a mixture of Ar and the like may be used.
【０００８】さらに、本発明によれば、第１の電極と第
２の電極との間に電子放出材料を配設し、前記第１の電
極と第２の電極間に電圧を印加することによって電子を
放出する電子放出素子において、前記電子放出材料は、
炭素によって構成され線径が１ｎｍ〜２μｍで少なくと
も一部が螺旋状に形成された炭素物質を備えて成ること
を特徴とする電子放出素子が提供される。Further, according to the present invention, an electron emission material is provided between the first electrode and the second electrode, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. In an electron-emitting device that emits electrons, the electron-emitting material includes:
There is provided an electron-emitting device comprising a carbon material which is made of carbon and has a wire diameter of 1 nm to 2 μm and at least a part of which is spirally formed.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
炭素物質の製造方法に使用する装置の概略図であり、熱
フィラメントＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いたＣＶＤ装置の例を示
している。図１において、ボンベ１０１内に収容され不
活性ガスであるＡｒ及びボンベ１０２内に収容され炭素
含有ガスであり炭化水素系ガスでもあるＣ２Ｈ４は、各
々、バルブ１０３、１０４、管１０５を介して、石英管
によって構成されたチャンバ１０８に導入され、管１１
１、浄化槽１１２を介して排出される。FIG. 1 is a schematic view of an apparatus used in a method for producing a carbon material according to an embodiment of the present invention. The apparatus is shown as a hot filament CVD (Chemical Vapor).
1 shows an example of a CVD apparatus using a (deposition) method. In FIG. 1, Ar which is an inert gas accommodated in a cylinder 101 and C 2 H 4 which is a carbon-containing gas and a hydrocarbon-based gas accommodated in a cylinder 102 are connected to valves 103 and 104 and a pipe 105, respectively. Through the chamber 108 constituted by a quartz tube,
1. Discharged through the septic tank 112.
【００１０】チャンバ１０８は電気炉１０９内に配設さ
れており、これによりチャンバ１０８は所定温度に保持
される。チャンバ１０８内にはフィラメント１０７が配
設されている。フィラメント１０７には電源１０６が接
続されており、所定温度に加熱されようになっている。[0010] The chamber 108 is provided in an electric furnace 109 so that the chamber 108 is maintained at a predetermined temperature. A filament 107 is provided in the chamber 108. A power source 106 is connected to the filament 107 so that the filament 107 is heated to a predetermined temperature.
【００１１】チャンバ１０８内には基板１１０が配設さ
れ、基板１１０は電気炉１０９によって所定温度に保持
される。基板１１０は、Ｃｕによって構成された基材の
上にＮｉ、Ｆｅ、Ｚｎ又はそれらの酸化物を被着形成す
ることによって形成されている。Ｎｉ、Ｆｅ、Ｚｎ及び
それらの酸化物は触媒として機能し、真空蒸着法等の薄
膜形成方法により薄膜に形成される。A substrate 110 is provided in the chamber 108, and the substrate 110 is maintained at a predetermined temperature by an electric furnace 109. The substrate 110 is formed by depositing Ni, Fe, Zn, or an oxide thereof on a substrate made of Cu. Ni, Fe, Zn and their oxides function as a catalyst and are formed into a thin film by a thin film forming method such as a vacuum evaporation method.
【００１２】上記装置により、バルブ１０３を開いてＡ
ｒを流しながら、チャンバ１０８を電気炉１０９で加熱
して所定温度に保持する。この状態でＡｒ用のバルブ１
０３を閉め、バルブ１０４を開くことによりＣ２Ｈ４を
ボンベ１０２からチャンバ１０８内に供給する。ここ
で、反応を促進するために、熱フィラメント１０７を約
１０００度Ｃに加熱する。これにより、基板１１０上に
は、炭素によって構成され線径（炭素物質の線の太さ）
が１ｎｍ〜２μｍで少なくとも一部が螺旋状に形成され
た炭素物質（以下、ナノコイルと称す。）が形成され
る。ここで、ナノコイル成長時に炭化水素系ガスに不活
性ガスを混合させてもよい。所定の時間経過後、加熱を
やめ、Ｃ２Ｈ４からＡｒに切換えて冷却する。尚、触媒
薄膜がナノサイズの島状であるため、ナノコイルが生成
すると考えられる。従って、触媒薄膜の膜厚は、完全に
連続した膜ではなく複数の島状に形成される厚みであれ
ばよい。触媒薄膜の膜厚は、１００ｎｍ以下が好まし
い。With the above apparatus, the valve 103 is opened and A
While flowing r, the chamber 108 is heated in an electric furnace 109 to maintain the temperature at a predetermined temperature. In this state, the valve 1 for Ar
By closing 03 and opening the valve 104, C 2 H 4 is supplied from the cylinder 102 into the chamber 108. Here, to promote the reaction, the hot filament 107 is heated to about 1000 ° C. As a result, the wire diameter (the thickness of the wire of the carbon material) formed of carbon is formed on the substrate 110.
Is formed in a carbon material (hereinafter, referred to as a nanocoil) having a thickness of 1 nm to 2 μm and at least a part formed in a spiral shape. Here, an inert gas may be mixed with the hydrocarbon-based gas during nanocoil growth. After the elapse of a predetermined time, the heating is stopped, and the cooling is switched from C 2 H 4 to Ar and cooled. Since the catalyst thin film has a nano-sized island shape, it is considered that a nanocoil is generated. Therefore, the thickness of the catalyst thin film may be a thickness formed in a plurality of islands instead of a completely continuous film. The thickness of the catalyst thin film is preferably 100 nm or less.
【００１３】Ｃｕ基材上に形成する触媒としてはＺｎや
ＺｎＯも適しているが、炭素における表面触媒活動が大
きいという理由により、Ｎｉの場合にナノコイルの生成
量が最も多く、ナノコイルを生成するための触媒として
はＮｉがより好ましい。また、基板１１０は、Ｆｅ、Ｎ
ｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ又はこれらの酸化物を金属、半導
体、セラミックス、ガラス、炭化物、Ｓｉウエハー等の
基材の上に形成したものを使用することができる。Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ又はこれらの酸化物の薄膜
は、ナノコイルを生成するための触媒としての機能を有
する。前記基材は、触媒薄膜を形成する土台となるもの
であり、６００度Ｃ以上の温度に耐え得る材料であれよ
い。また、前記基材の金属としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃ
ｏ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の各種金属が使用
できる。As a catalyst formed on a Cu substrate, Zn and ZnO are also suitable. However, Ni has the largest amount of nanocoils due to its large surface catalytic activity on carbon. Ni is more preferable as the catalyst of the above. The substrate 110 is made of Fe, N
i, Co, Cr, Zn or an oxide thereof formed on a base material such as metal, semiconductor, ceramics, glass, carbide, and Si wafer can be used. F
e, Ni, Co, Cr, Zn or a thin film of these oxides has a function as a catalyst for producing a nanocoil. The substrate serves as a base on which a catalyst thin film is formed, and may be a material that can withstand a temperature of 600 ° C. or more. Further, as the metal of the base material, Fe, Ni, C
Various metals such as o, Cu, Ag, Au, Pt, and Pd can be used.
【００１４】また、ＣＶＤ法として、各種のＣＶＤ法を
使用することが可能であるが、熱フィラメントＣＶＤ法
はガスを容易に分解できるため、電気炉１０９の温度が
低温でもナノコイルを生成することが可能であり、より
好ましい。さらに、前記不活性ガスとして、Ａｒ以外の
各種の不活性ガスを使用することが可能である。また、
前記炭素含有ガスとしては、Ｃ２Ｈ４以外にも、Ｃ
Ｈ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ６Ｈ６等の各種のガスが利用可能で
ある。Although various CVD methods can be used as the CVD method, the hot filament CVD method can easily decompose the gas, so that even if the temperature of the electric furnace 109 is low, a nanocoil can be formed. Possible and more preferred. Furthermore, various inert gases other than Ar can be used as the inert gas. Also,
Examples of the carbon-containing gas include C 2 H 4 and C 2 H 4.
Various gases such as H 4 , C 2 H 2 and C 6 H 6 can be used.
【００１５】図２は、本発明の実施の形態に係る電子放
出素子の側断面図で、前記製造方法によって得られた炭
素物質を電子放出材料として使用している。図２におい
て、ガラス基板２０１、２０２及びガラス基板２０１、
２０２の周囲を封着するガラス製側面板２０３によって
構成された真空外囲器２００内には、第１の電極として
のカソード電極２０４、上部表面にナノコイルが形成さ
れた基板１１０、及び、基板１１０とガラス基板２０２
間に設けられたメッシュ状の引出し電極２０５が配設さ
れている。カソード電極２０４及び基板１１０は、ガラ
ス基板２０１内面上に積層配設されている。また、引出
し電極２０５は、ガラス基板２０１内面上に固定されて
いる。FIG. 2 is a side sectional view of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention, wherein a carbon material obtained by the above-described manufacturing method is used as an electron-emitting material. In FIG. 2, glass substrates 201 and 202 and glass substrates 201,
In a vacuum envelope 200 constituted by a glass side plate 203 sealing around the periphery of the cathode 202, a cathode electrode 204 as a first electrode, a substrate 110 having a nanocoil formed on an upper surface, and a substrate 110 And glass substrate 202
A mesh-like extraction electrode 205 provided therebetween is provided. The cathode electrode 204 and the substrate 110 are stacked on the inner surface of the glass substrate 201. The extraction electrode 205 is fixed on the inner surface of the glass substrate 201.
【００１６】上記構成の電子放出素子において、カソー
ド電極２０４と引出し電極２０５間に電圧を印加するこ
とにより、基板１１０の上部表面に形成されたナノコイ
ルから電子が放出される。このとき、ナノコイルの螺旋
径が小さいため、低電圧駆動によっても、螺旋部から効
率よく電子放出が行われる。基板１１０からナノコイル
を含む炭素材料を抽出してペースト化し、これをカソー
ド電極２０４に直接被着させることによって電子放出素
子を形成することも可能である。この場合でも、ナノコ
イルの螺旋部がペースト材料から露出するため、カーボ
ンナノチューブのようにペースト材料の中に埋もれるこ
とがなく、この露出した螺旋部から電子放出を得ること
ができる。したがって、低電圧駆動によっても、螺旋部
分から効率よく電子放出が行われる。尚、メッシュ状の
引出し電極２０５に代わりに、ガラス基板上に絶縁性の
リブを形成し、その上に引出し電極を積層被着するよう
な構成にすることも可能である。In the electron-emitting device having the above structure, by applying a voltage between the cathode electrode 204 and the extraction electrode 205, electrons are emitted from the nanocoils formed on the upper surface of the substrate 110. At this time, since the helical diameter of the nanocoil is small, electrons can be efficiently emitted from the helical portion even by low-voltage driving. It is also possible to form an electron-emitting device by extracting a carbon material containing a nanocoil from the substrate 110, making it into a paste, and directly attaching the paste to the cathode electrode 204. Even in this case, since the helical portion of the nanocoil is exposed from the paste material, electron emission can be obtained from the exposed helical portion without being buried in the paste material unlike carbon nanotubes. Therefore, even at low voltage driving, electrons are efficiently emitted from the spiral portion. Instead of the extraction electrode 205 in the form of a mesh, an insulating rib may be formed on a glass substrate, and the extraction electrode may be laminated on the insulating rib.
【００１７】以上述べたように、本実施の形態に係る炭
素物質は、炭素によって構成され線径が１ｎｍ〜２μｍ
で少なくとも一部が螺旋状に形成されている。したがっ
て、低電圧で効率よく電子放出を行うことが可能にな
る。また、本実施の形態に係る炭素物質の製造方法は、
熱フィラメントＣＶＤ法等のＣＶＤ法を用いて、金属、
半導体、セラミックス、Ｃ、Ｓｉウエハー等の基材上に
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ又はこれらの酸化物によ
って構成された薄膜を形成して成る基板上に、炭素含有
ガスを供給して、炭素によって構成され線径が１ｎｍ〜
２μｍで少なくとも一部が螺旋状に形成された炭素物質
を製造することを特徴としている。前記基材上のＦｅ、
Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ又はこれらの酸化物薄膜は、真
空蒸着法等の薄膜形成方法により形成されている。ま
た、前記炭素含有ガスは、各種の炭化水素系ガスあって
もよい。したがって、本実施の形態によれば、炭素によ
って構成され線径が１ｎｍ〜２μｍで少なくとも一部が
螺旋状に形成された炭素物質を製造することが可能にな
り、よって、電子放出素子に適した炭素物質の製造方法
を提供することが可能になる。As described above, the carbon material according to the present embodiment is made of carbon and has a wire diameter of 1 nm to 2 μm.
Is formed at least partially in a spiral shape. Therefore, it is possible to efficiently emit electrons at a low voltage. Further, the method for producing a carbon material according to the present embodiment includes:
Using CVD method such as hot filament CVD method, metal,
Semiconductor, ceramics, C, Fe, Ni, Co, Cr, Zn on a substrate such as a wafer such as a wafer or a thin film composed of these oxides on a substrate formed by supplying a carbon-containing gas, Wire diameter is 1nm ~
It is characterized in that a carbon material having a spiral shape of at least a part of 2 μm is manufactured. Fe on the substrate,
Ni, Co, Cr, Zn or their oxide thin films are formed by a thin film forming method such as a vacuum evaporation method. Further, the carbon-containing gas may be various hydrocarbon-based gases. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to manufacture a carbon material composed of carbon and having a wire diameter of 1 nm to 2 μm and at least a part of which is spirally formed, and is thus suitable for an electron-emitting device. It is possible to provide a method for producing a carbon material.
【００１８】さらに、本実施の形態に係る電子放出素子
は、第１の電極と第２の電極との間に電子放出材料を配
設し、前記第１の電極と第２の電極間に電圧を印加する
ことによって電子を放出する電子放出素子において、前
記電子放出材料は、炭素によって構成され線径が１ｎｍ
〜２μｍで少なくとも一部が螺旋状に形成された炭素物
質を備えて成ることを特徴としている。したがって、本
実施の形態によれば、電子放出特性に優れた電子放出素
子を提供することが可能になる。Further, in the electron-emitting device according to this embodiment, an electron-emitting material is provided between the first electrode and the second electrode, and a voltage is applied between the first electrode and the second electrode. In the electron-emitting device that emits electrons by applying an electron, the electron-emitting material is made of carbon and has a wire diameter of 1 nm.
It is characterized by comprising a carbon material having a spiral shape of at least a part of 2 μm. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide an electron-emitting device having excellent electron-emitting characteristics.
【００１９】尚、ナノコイルは、微少なコイル形状であ
るため電子デバイスの小型化や省電力化が可能となり
又、電磁波吸収材の周波数帯域の調整（より高周波の吸
収）に用いることができ、さらに、充填密度を高くでき
る等の効果を有している。したがって、ナノコイルは、
電子銃アレイ等の自己調整機能付き電子放出素子、ナノ
サイズの電子デバイス（例えば、チューナブルコンデン
サ、チューナブルソレノイド、チューナブルＬＣフィル
タ）、電磁波を熱エネルギに変換する電磁波吸収体（例
えば、携帯電話のノイズ除去、航空機用計器の電磁波対
策、医療現場における電磁波対策、エネルギ変換素子等
の用途）、ナノサイズ機能材（例えば、水素吸蔵体、フ
ィルタ、生体トレーサ）、太陽エネルギの吸収・放出材
（例えば、光熱エネルギ変換材）等の多様な用途に利用
することが可能である。Since the nanocoil has a minute coil shape, the size and power consumption of the electronic device can be reduced, and the nanocoil can be used for adjusting the frequency band of the electromagnetic wave absorbing material (absorbing a higher frequency). And has the effect of increasing the packing density. Therefore, the nanocoil is
An electron-emitting device with a self-adjusting function such as an electron gun array, a nano-sized electronic device (for example, a tunable capacitor, a tunable solenoid, a tunable LC filter), an electromagnetic wave absorber that converts electromagnetic waves into heat energy (for example, a mobile phone) Noise reduction, electromagnetic wave countermeasures for aircraft instruments, electromagnetic wave countermeasures at medical sites, applications such as energy conversion elements, etc., nano-sized functional materials (for example, hydrogen storage materials, filters, biological tracers), solar energy absorption / release materials ( For example, it can be used for various uses such as a photothermal energy conversion material).
【００２０】[0020]
【実施例】図３は、本発明の第１の実施例に係る炭素物
質の製造方法によって製造した炭素物質を示す図で、基
板１１０上に形成した炭素物質のＳＥＭ写真である。こ
こで、図３（ｂ）は図３（ａ）の拡大写真である。本第
１の実施例は、図１の装置を用いて、基板１１０として
Ｃｕ基材上にＮｉを形成した基板を使用し又、炭素含有
ガスとしてＣ２Ｈ４を使用し、これらのガス流量が８０
ｍｌ／分、電気炉１０９の温度が５５０度Ｃ、フィラメ
ント１０７の温度が約１０００度Ｃの条件で炭素物質を
製造した例である。図３に示すように、ナノコイルが形
成されていることがわかる。FIG. 3 is a view showing a carbon material manufactured by a method of manufacturing a carbon material according to a first embodiment of the present invention, and is an SEM photograph of the carbon material formed on the substrate 110. Here, FIG. 3B is an enlarged photograph of FIG. In the first embodiment, the apparatus shown in FIG. 1 was used, and a substrate having Ni formed on a Cu base was used as the substrate 110, and C 2 H 4 was used as a carbon-containing gas. Is 80
This is an example in which a carbon material is manufactured under the conditions that the temperature of the electric furnace 109 is 550 ° C. and the temperature of the filament 107 is about 1000 ° C. As shown in FIG. 3, it can be seen that a nanocoil is formed.
【００２１】図４は、本発明の第２の実施例に係る炭素
物質の製造方法によって製造した炭素物質を示す図で、
基板１１０上に形成した炭素物質のＳＥＭ写真である。
ここで、図４（ｂ）は図４（ａ）の拡大写真である。本
第２の実施例は、図１の装置を用いて、基板１１０とし
てＣｕ基材上にＺｎを形成した基板を使用し又、炭素含
有ガスとしてＣ２Ｈ４を使用し、これらのガス流量が８
０ｍｌ／分、電気炉１０９の温度が６００度Ｃ、フィラ
メント１０７の温度が約１０００度Ｃの条件で炭素物質
を製造した例である。図４に示すように、ナノコイルが
形成されていることがわかる。FIG. 4 is a view showing a carbon material manufactured by the method for manufacturing a carbon material according to the second embodiment of the present invention.
5 is an SEM photograph of a carbon material formed on a substrate 110.
Here, FIG. 4B is an enlarged photograph of FIG. In the second embodiment, the apparatus shown in FIG. 1 was used, and a substrate in which Zn was formed on a Cu base was used as the substrate 110, and C 2 H 4 was used as a carbon-containing gas. Is 8
This is an example in which a carbon material is manufactured under the conditions of 0 ml / min, the temperature of the electric furnace 109 is 600 ° C., and the temperature of the filament 107 is about 1000 ° C. As shown in FIG. 4, it can be seen that a nanocoil is formed.
【００２２】図５は、本発明の第３の実施例に係る炭素
物質の製造方法によって製造した炭素物質を示す図で、
基板１１０上に形成した炭素物質のＳＥＭ写真である。
ここで、図５（ｂ）は図５（ａ）の拡大写真である。本
第３の実施例は、図１の装置を用いて、基板１１０とし
てＣｕ基材上にＺｎを形成した基板を使用しているが、
Ｚｎの膜厚を前記第２の実施例の２倍（８ｎｍ）に形成
している。また、炭素含有ガスとしてＣ２Ｈ４を使用
し、これらのガス流量が８０ｍｌ／分、電気炉１０９の
温度が６００度Ｃ、フィラメント１０７の温度が約１０
００度Ｃの条件で炭素物質を製造した例である。図５に
示すように、ナノコイルが形成されていることがわか
る。FIG. 5 is a view showing a carbon material manufactured by the method for manufacturing a carbon material according to the third embodiment of the present invention.
5 is an SEM photograph of a carbon material formed on a substrate 110.
Here, FIG. 5B is an enlarged photograph of FIG. In the third embodiment, a substrate in which Zn is formed on a Cu base is used as the substrate 110 using the apparatus of FIG.
The thickness of Zn is twice (8 nm) as that of the second embodiment. C 2 H 4 was used as the carbon-containing gas, the flow rate of these gases was 80 ml / min, the temperature of the electric furnace 109 was 600 ° C., and the temperature of the filament 107 was about 10 ° C.
This is an example of producing a carbon material under the condition of 00 ° C. As shown in FIG. 5, it can be seen that a nanocoil is formed.
【００２３】図６は、本発明の第４の実施例に係る炭素
物質の製造方法によって製造した炭素物質を示す図で、
基板１１０上に形成した炭素物質のＳＥＭ写真である。
ここで、図６（ｂ）は図６（ａ）の拡大写真である。本
第４の実施例は、図１の装置を用いて、基板１１０とし
てＣｕ基材上にＺｎＯを形成した基板を使用し又、炭素
含有ガスとしてＣ２Ｈ４を使用し、これらのガス流量が
８０ｍｌ／分、電気炉１０９の温度が６００度Ｃ、フィ
ラメント１０７の温度が約１０００度Ｃの条件で炭素物
質を製造した例である。図６に示すように、ナノコイル
が形成されていることがわかる。FIG. 6 is a view showing a carbon material manufactured by the method for manufacturing a carbon material according to the fourth embodiment of the present invention.
5 is an SEM photograph of a carbon material formed on a substrate 110.
Here, FIG. 6B is an enlarged photograph of FIG. In the fourth embodiment, the apparatus shown in FIG. 1 was used, and a substrate having ZnO formed on a Cu base was used as the substrate 110, and C 2 H 4 was used as a carbon-containing gas. Is an example in which a carbon material is manufactured under the conditions of 80 ml / min, the temperature of the electric furnace 109 is 600 ° C., and the temperature of the filament 107 is about 1000 ° C. As shown in FIG. 6, it can be seen that a nanocoil is formed.
【００２４】図７は、電子放出素子の電子放出特性を測
定するための装置を示す図で、ナノコイルを電子放出材
料として使用した電子放出素子と、カーボンナノチュー
ブを電子放出材料として使用した従来の電子放出素子の
電子放出特性を測定して比較するためのものである。図
７において、真空チャンバ７００中に、カソード電極７
０１、上部表面に約１ｍｍφの円状のナノコイル層が被
着形成された基板１１０、及び、基板１１０に対向して
配設された引出し電極（兼アノード電極）７０２が配設
されている。基板１１０と引出し電極７０２間の距離は
５０μｍに設定されている。また、カソード電極７０１
と引出し電極７０２との間には、直流電源７０３及び電
流計７０４が直列接続されている。FIG. 7 is a view showing an apparatus for measuring the electron emission characteristics of an electron-emitting device. An electron-emitting device using a nanocoil as an electron-emitting material and a conventional electron-emitting device using a carbon nanotube as an electron-emitting material. This is for measuring and comparing the electron emission characteristics of the emission elements. In FIG. 7, a cathode electrode 7 is placed in a vacuum chamber 700.
01, a substrate 110 on which a circular nanocoil layer of about 1 mmφ is formed on the upper surface, and an extraction electrode (also serving as an anode) 702 disposed opposite to the substrate 110 are provided. The distance between the substrate 110 and the extraction electrode 702 is set to 50 μm. Also, the cathode electrode 701
A DC power supply 703 and an ammeter 704 are connected in series between the power supply and the extraction electrode 702.
【００２５】図８は、図７の測定装置を用いて、ナノコ
イルを電子放出材料として使用した電子放出素子の電子
放出特性と、基板１１０の代わりにカーボンナノチュー
ブを電子放出材料として使用した電子放出素子の電子放
出特性とを比較したデータである。図８に示すように、
ナノコイルを用いた電子放出素子では、直流電源７０３
による印加電圧Ｖａが約１００Ｖから電子放出が開始し
ている。これに対して、単層カーボンナノチューブ（Ｓ
ＷＮＴｓ）を使用した電子放出素子では、約１７０Ｖか
ら電子放出を開始している。以上のように、ナノコイル
を用いた電子放出素子は、低電圧で電子放出が行われる
ことがわかる。FIG. 8 shows the electron emission characteristics of an electron-emitting device using a nanocoil as an electron-emitting material and the electron-emitting device using a carbon nanotube instead of the substrate 110 as an electron-emitting material, using the measuring apparatus of FIG. 7 is data obtained by comparing the electron emission characteristics of the present invention. As shown in FIG.
In an electron-emitting device using a nanocoil, a DC power supply 703 is used.
The electron emission starts from an applied voltage Va of about 100V. In contrast, single-walled carbon nanotubes (S
In the electron-emitting device using WNTs), electron emission starts at about 170V. As described above, it is understood that the electron-emitting device using the nanocoils emits electrons at a low voltage.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明によれば、電子放出素子等に適し
た炭素物質を提供することが可能になる。また、本発明
によれば、電子放出素子等に適した炭素物質の製造方法
を提供することが可能になる。さらに、本発明によれ
ば、電子放出特性に優れた電子放出素子を提供すること
が可能になる。According to the present invention, it is possible to provide a carbon material suitable for an electron-emitting device or the like. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a carbon material suitable for an electron-emitting device or the like. Further, according to the present invention, it is possible to provide an electron-emitting device having excellent electron-emitting characteristics.
【図１】本発明の実施形態に係る炭素物質の製造方法に
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 for producing a carbon substance according to an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の側断
面図である。FIG. 2 is a side sectional view of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第１の実施例に係る炭素物質の製造方
法によって製造した炭素物質を示すＳＥＭ写真である。FIG. 3 is an SEM photograph showing a carbon material manufactured by the method of manufacturing a carbon material according to the first embodiment of the present invention.
【図４】本発明の第２の実施例に係る炭素物質の製造方
法によって製造した炭素物質を示すＳＥＭ写真である。FIG. 4 is an SEM photograph showing a carbon material manufactured by a method of manufacturing a carbon material according to a second embodiment of the present invention.
【図５】本発明の第３の実施例に係る炭素物質の製造方
法によって製造した炭素物質を示すＳＥＭ写真である。FIG. 5 is an SEM photograph showing a carbon material manufactured by a method of manufacturing a carbon material according to a third embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第４の実施例に係る炭素物質の製造方
法によって製造した炭素物質を示すＳＥＭ写真である。FIG. 6 is an SEM photograph showing a carbon material manufactured by a method of manufacturing a carbon material according to a fourth embodiment of the present invention.
【図７】本発明の実施例に係る電子放出素子の電子放出
特性を測定する装置の概略図である。FIG. 7 is a schematic view of an apparatus for measuring electron emission characteristics of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.
【図８】本発明の実施例に係る電子放出素子の電子放出
特性を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing electron emission characteristics of the electron-emitting device according to the example of the present invention.
１０１、１０２・・・ボンベ １０７・・・フィラメント １０８・・・チャンバ（石英管） １０９・・・電気炉 １１０・・・基板 １１２・・・浄化槽 ２００・・・真空外囲器 ２０１、２０２・・・ガラス基板 ２０４・・・第１の電極としてのカソード電極 ２０５・・・第２の電極としての引出し電極 ７００・・・真空チャンバ 101, 102 ... cylinder 107 ... filament 108 ... chamber (quartz tube) 109 ... electric furnace 110 ... substrate 112 ... purification tank 200 ... vacuum envelope 201, 202 ... Glass substrate 204: cathode electrode as first electrode 205: extraction electrode as second electrode 700: vacuum chamber
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G046 CA02 CB01 CB08 CC06 CC08 4L037 AT02 CS03 CS10 CS11 CS17 CS38 FA03 FA05 PA03 PA12 UA20 5C035 BB01 Continued on the front page F term (reference) 4G046 CA02 CB01 CB08 CC06 CC08 4L037 AT02 CS03 CS10 CS11 CS17 CS38 FA03 FA05 PA03 PA12 UA20 5C035 BB01
Claims (5)
μｍで少なくとも一部が螺旋状に形成された炭素物質。1. A wire made of carbon and having a wire diameter of 1 nm to 2 nm.
A carbon material at least partly formed in a spiral shape at μm.
ｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｚｎ又はこれらの酸化物の薄膜を形成
して成る基板上に炭素含有ガスを供給して、炭素によっ
て構成され線径が１ｎｍ〜２μｍで少なくとも一部が螺
旋状に形成された炭素物質を製造することを特徴とする
炭素物質の製造方法。2. Using a CVD method, Fe, N
A carbon-containing gas is supplied onto a substrate on which a thin film of i, Co, Cr, Zn or an oxide thereof is formed, and is formed of carbon, has a wire diameter of 1 nm to 2 μm, and has at least a part formed in a spiral shape. A method for producing a carbon material, characterized by producing a carbon material that has been heated.
Ｚｎ又はこれらの酸化物の薄膜が真空蒸着法により形成
されていることを特徴とする請求項２記載の炭素物質の
製造方法。3. The method according to claim 1, wherein Fe, Ni, Co, Cr,
3. The method according to claim 2, wherein a thin film of Zn or an oxide of Zn is formed by a vacuum deposition method.
あることを特徴とする請求項２又は３記載の炭素物質の
製造方法。4. The method according to claim 2, wherein the carbon-containing gas is a hydrocarbon-based gas.
出材料を配設し、前記第１の電極と第２の電極間に電圧
を印加することによって電子を放出する電子放出素子に
おいて、前記電子放出材料は、炭素によって構成され線
径が１ｎｍ〜２μｍで少なくとも一部が螺旋状に形成さ
れた炭素物質を備えて成ることを特徴とする電子放出素
子。5. An electron emission device in which an electron emission material is provided between a first electrode and a second electrode, and electrons are emitted by applying a voltage between the first electrode and the second electrode. An electron-emitting device according to claim 1, wherein said electron-emitting material comprises a carbon material which is made of carbon, has a wire diameter of 1 nm to 2 μm, and is at least partially formed in a spiral shape.
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