JP2006224296A - カーボンナノチューブ構造体及びその製造方法、並びにカーボンナノチューブ構造体を利用した電界放出素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最適化された密度を有するカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法、並びにカーボンナノチューブ構造体を利用した電界放出素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】基板と、前記基板上にコーティングされた所定サイズの複数のバッファ粒子と、基板上にバッファ粒子を覆うように所定厚さに蒸着された触媒物質を熱処理することによって、それぞれの前記バッファ粒子の表面に形成された触媒層と、それぞれの前記触媒層から成長させたカーボンナノチューブと、を備えるカーボンナノチューブ構造体及びその製造方法、並びに前記カーボンナノチューブ構造体を利用した電界放出素子及びその製造方法により、上記課題は解決される。
【選択図】図２

Description

本発明は、カーボンナノチューブ構造体及びその製造方法、並びにカーボンナノチューブ構造体を利用した電界放出素子及びその製造方法に関する。

カーボンナノチューブ（ＣＮＴ：Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏ Ｔｕｂｅ）は、独特の構造的、電気的特性が知られて以来、電界放出素子（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）、液晶表示素子（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）用バックライト、ナノ電子素子、アクチュエータ、バッテリーなど数多くの素子に応用されている。

ＦＥＤは、カソード電極上に形成されたエミッタから電子を放出させ、この電子をアノード電極上に形成された蛍光体層に衝突させて発光させる表示装置である。このようなＦＥＤのエミッタとして、電子放出特性に優れたＣＮＴエミッタが主に使われている。このようなＣＮＴエミッタを使用するＦＥＤは、製造工程が容易であり、コストが低いだけでなく、駆動電圧が低く、優れた化学的、機械的安定性を有するという長所がある。

一方、ＣＮＴを形成する方法としては、ペーストを利用したスクリーンプリンティング法と化学気相蒸着法（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）とがある。そして、ＣＶＤには、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）と熱ＣＶＤ（Ｔｈｅｒｍａｌ ＣＶＤ）とがある。前記ＣＶＤは、高解像度のディスプレイ装置の製作を可能にし、基板にＣＮＴを直接成長させるため、プロセスが簡単であるという長所を有している。そして、別途の表面処理を行わずとも、よく整列された高純度のＣＮＴが得られる。

前記のようなＣＶＤによってＣＮＴを成長させれば、図１に示したように、高密度のＣＮＴが得られる。しかしながら、このようにＣＮＴの密度が過度に高いと、各ＣＮＴが電界を遮蔽させるだけでなく、駆動電圧を上昇させるという問題点が発生する。一方、ＣＮＴの密度が過度に低い場合には、各ＣＮＴに高い電流が流れてＦＥＤの寿命を短縮させるという問題がある。したがって、駆動電圧を低くして寿命を延長させるためには、ＣＮＴの密度を最適化することが必要である。

特許文献１には、基板上にＡｌ支持層とＮｉ触媒層とを所定厚さに蒸着し、これを熱処理することによってＡｌ_２Ｏ_３で形成された粒子及び触媒ナノ粒子を形成した後、ＣＶＤによって前記触媒ナノ粒子からＣＮＴを成長形成させる方法が開示されている。ここで、ＣＮＴの密度は、Ａｌ支持層及びＮｉ触媒層の厚さによって調節される。すなわち、Ａｌ支持層の厚さを増加させれば、ＣＮＴの密度は増加し、Ｎｉ触媒層の厚さを増加させれば、ＣＮＴの密度は減少する。
米国特許第６，７６４，８７４号明細書

しかし、特許文献１に記載のＣＮＴの形成方法では、空気雰囲気下で熱処理が行われるので、Ｎｉ触媒層が酸化して触媒特性が低下するという問題がある。したがって、このような触媒特性の低下を防止するためには、別途の還元工程が必要となる。

本発明は、前記問題を解決するために案出されたものであって、最適化された密度を有するＣＮＴ構造体及びその製造方法、並びに前記ＣＮＴ構造体を利用したＦＥＤ及びその製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の具現例によるＣＮＴ構造体は、基板と、前記基板上にコーティングされた所定サイズの複数のバッファ粒子と、前記基板上に前記バッファ粒子を覆うように所定厚さに蒸着された触媒物質を熱処理することによって、それぞれの前記バッファ粒子の表面に形成された触媒層と、それぞれの前記触媒層から成長させたＣＮＴと、を備える。

前記バッファ粒子の粒子径は、前記触媒物質の厚さより５倍以上大きいことが望ましい。ここで、前記バッファ粒子は、望ましくは１ｎｍ〜１００ｎｍ、より望ましくは５ｎｍ〜２５ｎｍの粒子径を有しうる。

前記バッファ粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されうる。そして、前記触媒層は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されうる。

本発明の具現例によるＣＮＴ構造体の製造方法は、基板上に所定サイズの複数のバッファ粒子をコーティングさせるステップと、前記バッファ粒子の表面を覆うように前記基板上に触媒物質を所定厚さに蒸着するステップと、熱処理を通じてそれぞれの前記バッファ粒子の表面に触媒層を形成し、それぞれの前記触媒層からＣＮＴを成長させるステップと、を含む。

ここで、前記触媒層の形成及びＣＮＴの成長は、ＣＶＤによって行われることが望ましい。

本発明の具現例によるＦＥＤは、基板と、前記基板上に形成されたカソード電極と、前記基板上に前記カソード電極を覆うように形成され、前記カソード電極の一部を露出させるエミッタホールを有する絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたゲート電極と、前記エミッタホールの内部に設けられるものであって、前記カソード電極上にコーティングされた所定サイズの複数のバッファ粒子、前記カソード電極上に前記バッファ粒子を覆うように所定厚さに蒸着された触媒物質を熱処理することによって、それぞれの前記バッファ粒子の表面に形成された触媒層及び、それぞれの前記触媒層から成長させたＣＮＴを含むＣＮＴエミッタと、を備える。

本発明の具現例によるＦＥＤの製造方法は、基板上にカソード電極、絶縁層及びゲート電極を順次に形成し、前記絶縁層には、前記カソード電極の一部を露出させるエミッタホールを形成するステップと、前記エミッタホールを通じて露出された前記カソード電極上に所定サイズの複数のバッファ粒子をコーティングさせるステップと、前記バッファ粒子の表面を覆うように前記カソード電極上に触媒物質を所定厚さに蒸着するステップと、熱処理を通じてそれぞれの前記バッファ粒子の表面に触媒層を形成し、それぞれの前記触媒層からＣＮＴを成長させるステップと、を含む。

本発明によれば、次のような効果がある。

第一に、バッファ粒子のサイズ及び触媒物質の蒸着厚さだけを調節することによって、ＣＮＴの密度及び直径を調節できる。これにより、最適化されたＣＮＴの密度が得られる。その結果、ＦＥＤの電界放出特性を従来より大幅に向上させうる。

第二に、所定サイズのバッファ粒子を直接塗布することによって、製造工程を単純化させ、また酸化雰囲気と関係ないので、触媒層が酸化されるおそれが最小限に抑制される。

以下、添付された図面を参照して、本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。図面では、説明の明瞭性のために各構成要素のサイズが誇張されて示されている。以下の図面で、同じ参照符号は、同じ構成要素を表す。

図２は、本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体を概略的に示す図面である。図２を参照すれば、本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体は、基板１１０と、前記基板１１０上にコーティングされた複数のバッファ粒子１１２と、前記バッファ粒子１１２の表面に形成された複数の触媒層１１４と、前記触媒層１１４から成長させた複数のＣＮＴ１２０と、を備える。

前記バッファ粒子１１２は、球形、楕円形、針状またはそれ以外の多様な突出形状を有しうる。そして、前記バッファ粒子１１２は、電気伝導体、絶縁体の何れでもよい。但し、前記バッファ粒子１１２は、ＣＮＴ１２０が合成される温度では、変形されない物質で形成されることが望ましい。具体的に、前記バッファ粒子１１２は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されうる。

前記触媒層１１４は、基板１１０上に前記バッファ粒子１１２を覆うように所定厚さに蒸着された触媒物質を、例えばＣＶＤによる熱処理を通じて前記バッファ粒子１１２の表面に形成する。このような触媒層は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されうる。

前記ＣＮＴ１２０は、ＣＶＤによって前記触媒層１１４から成長される。ここで、前記ＣＶＤは、熱ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤであることが望ましい。

一方、電界放出特性を向上させるために触媒層１１４から成長されるＣＮＴ１２０は、適切な密度を有さねばならない。図３Ａ及び図３Ｂは、要求されるサイズより小さいバッファ粒子１１２’と要求されるサイズより大きいバッファ粒子１１２”とが使われる場合に、各触媒層１１４’，１１４”から成長させたＣＮＴ１２０’，１２０”をそれぞれ示している。ここで、小さいバッファ粒子１１２’と大きいバッファ粒子１１２”との表面には、互いに同じ量の触媒物質を使用して触媒層１１４’，１１４”を形成した。図３Ａを参照すれば、過度に小さいバッファ粒子１１２’が使われれば、触媒層１１４’から成長するＣＮＴ１２０’の密度が過度に高まる。このように、ＣＮＴ１２０’の密度が高まれば、各ＣＮＴ１２０’が電界を遮蔽するだけでなく、駆動電圧を上昇させる。一方、図３Ｂを参照すれば、過度に大きいバッファ粒子１１２”が使われれば、触媒層１１４”から成長されるＣＮＴ１２０”の密度が過度に低くなる。このように、ＣＮＴ１２０”の密度が低下すると、各ＣＮＴ１２０”に高い電流が流れるという問題点がある。したがって、電界放出特性を向上させるためには、ＣＮＴを最適の密度で成長させる必要がある。

本発明では、バッファ粒子１１２のサイズと触媒層１１４形成のための触媒物質の蒸着厚さとを調節すれば、ＣＮＴ１２０の密度を最適化させうる。このために、本実施形態では、前記触媒物質の厚さより十分に大きいバッファ粒子１１２が使われる。具体的には、前記バッファ粒子１１２の粒子径は、前記触媒物質の厚さより約５倍以上大きいことが望ましい。ここで、前記バッファ粒子１１２の粒子径は、望ましくは約１ｎｍ〜１００ｎｍ、より望ましくは５ｎｍ〜２５ｎｍである。

以下では、前記ＣＮＴ構造体の製造方法について説明する。図４Ａないし図４Ｄは、本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体の製造方法を説明するための図面である。

まず、図４Ａを参照すれば、基板１１０上に所定サイズを有する複数のバッファ粒子１１２をコーティングする。ここで、前記バッファ粒子１１２のコーティングは、例えば、スプレー法、スピンコーティング法またはディッピング法によって行われうる。前記バッファ粒子１１２は、球形、楕円形、針状またはそれ以外の多様な突出形状を有しうる。そして、前記バッファ粒子１１２は、前述したように、電気伝導体、絶縁体の何れでもよく、後述するＣＮＴ（図４Ｄの１２０）が合成される温度では、変形されない物質で形成されることが望ましい。具体的に、前記バッファ粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されうる。一方、前記バッファ粒子１１２の粒子径は、後述する触媒物質（図４Ｂの１１３）の蒸着厚さより約５倍以上のサイズを有することが望ましい。そして、前記バッファ粒子１１２の粒子径は、望ましくは約１ｎｍ〜１００ｎｍ、より望ましくは、５ｎｍ〜２５ｎｍである。

次いで、図４Ｂを参照すれば、前記基板１１０上に前記バッファ粒子１１２を覆うように触媒物質１１３を所定厚さに蒸着する。ここで、前記触媒物質１１３の蒸着は、スパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって行われうる。前記触媒物質１１３は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されうる。

次いで、図４Ｃを参照すれば、それぞれの前記バッファ粒子１１２の表面にＣＮＴ１２０の成長のための触媒層１１４を形成する。具体的には、基板１１０及びバッファ粒子１１２の表面に蒸着された触媒物質１１３を熱処理すれば、基板１１０上の触媒物質１１３は、基板１１０とバッファ粒子１１２との間の表面エネルギー差によって、バッファ粒子１１２の表面に移動し、これにより、前記バッファ粒子１１２の表面には、触媒層１１４が形成される。ここで、前記触媒物質１１３の熱処理は、後述するＣＮＴ１２０の成長のためのＣＶＤと同時に行われうる。

最後に、図４Ｄを参照すれば、バッファ粒子１１２の表面に形成された触媒層１１４からＣＮＴ１２０をＣＶＤによって成長させる。ここで、前記ＣＶＤは、望ましくは熱ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤである。

熱ＣＶＤは、試片全体の温度が一定でＣＮＴの成長均一度が非常に優秀であり、ＰＥＣＶＤに比べて小さい直径を有するＣＮＴを成長させうるので、電界放出開始電圧が低いＣＮＴを形成できるという長所がある。一方、ＰＥＣＶＤは、ＣＮＴを基板に垂直な方向に成長させ、熱ＣＶＤより低い温度で合成が可能であるという長所を有している。

以下では、前記ＣＮＴ構造体を利用したＦＥＤについて説明する。図５は、本発明の他の実施形態によるＦＥＤを概略的に示す図面である。

図５を参照すれば、本発明の他の実施形態によるＦＥＤは、基板２１０と、前記基板２１０上に順次に積層されるカソード電極２３０、絶縁層２３２及びゲート電極２３４と、ＣＮＴエミッタ２５０と、を備える。

前記基板２１０としては、特に制限されないが、一般的にガラス基板が使われうる。前記基板２１０の表面には、所定形態にパターニングされたカソード電極２３０が蒸着される。このようなカソード電極２３０は、導電性のある透明な物質、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）で形成される。前記基板２１０上には、前記カソード電極２３０を覆うように絶縁層２３２が積層される。ここで、前記絶縁層２３２には、カソード電極２３０の一部を露出させるエミッタホール２４０が形成されている。前記絶縁層２３２の上面には、ゲート電極２３４が蒸着される。前記ゲート電極２３４は、特に制限されないが、導電性のある金属、例えば、Ｃｒで形成されうる。

前記ＣＮＴエミッタ２５０は、カソード電極２３０とゲート電極２３４との間に印加される電圧によって電子を放出させるためのものであって、前記エミッタホール２４０の内部に設けられる。このようなＣＮＴエミッタ２５０は、カソード電極２３０上にコーティングされた複数のバッファ粒子２１２と、それぞれの前記バッファ粒子２１２の表面に形成された触媒層２１４と、それぞれの前記触媒層２１４から成長させたＣＮＴ２２０と、を備える。

前記バッファ粒子２１２は、球形、楕円形、針状またはそれ以外の多様な突出形状を有しうる。このようなバッファ粒子２１２は、前述したように、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されうる。一方、ＣＮＴ２２０の密度を最適化して電界放出特性を向上させるために、前記バッファ粒子２１２の粒子径は、触媒層２１４の形成のための触媒物質の蒸着厚さより約５倍以上大きいことが望ましい。ここで、前記バッファ粒子２１２の粒子径は、望ましくは約１ｎｍ〜１００ｎｍ、より望ましくは５ｎｍ〜２５ｎｍである。

前記触媒層２１４は、カソード電極２３０上に前記バッファ粒子２１２を覆うように、所定厚さに蒸着された触媒物質を、例えばＣＶＤによる熱処理を通じて前記バッファ粒子２１２の表面に形成されうる。このような触媒層２１４は、前述したように、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されうる。

前記ＣＮＴ２２０は、例えばＣＶＤによって前記触媒層２１４から成長される。ここで、前記ＣＶＤは、望ましくは熱ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤである。

以下では、前記ＦＥＤの製造方法について説明する。図６Ａないし図６Ｄは、本発明の他の実施形態によるＦＥＤの製造方法を説明するための図面である。

まず、図６Ａを参照すれば、基板２１０上にカソード電極２３０、絶縁層２３２及びゲート電極２３４を順次に積層した後、前記絶縁層２３２にカソード電極２３０の一部を露出させるエミッタホール２４０を形成する。ここで、前記基板２１０としては、一般的にガラス基板が使われうる。そして、前記カソード電極２３０は、ＩＴＯのような透明な導電性物質で形成され、前記ゲート電極２３４は、導電性金属、例えば、Ｃｒで形成されうる。

具体的には、基板２１０上にＩＴＯのような透明な導電性物質を所定厚さに蒸着した後、これを所定形状、例えば、ストライプ状にパターニングすれば、カソード電極２３０が形成される。次いで、前記カソード電極２３０を覆うように基板２１０上に絶縁層２３２を所定厚さに形成する。次いで、前記絶縁層２３２上にＣｒのような導電性金属をスパッタリングのような方法によって所定厚さに蒸着した後、これを所定形状にパターニングすれば、ゲート電極２３４が形成される。そして、前記ゲート電極２３４を通じて露出された絶縁層２３２をカソード電極２３０が露出されるようにエッチングすれば、エミッタホール２４０が形成される。

そして、前記エミッタホール２４０を通じて露出されたカソード電極２３０上に所定サイズの複数のバッファ粒子２１２をコーティングする。ここで、前記バッファ粒子２１２のコーティングは、例えばスプレー法、スピンコーティング法またはディッピング法によって行われうる。前記バッファ粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されうる。一方、前記バッファ粒子２１２の粒子径は、後述する触媒物質（図６Ｂの２１３）の蒸着厚さより約５倍以上大きいことが望ましい。そして、前記バッファ粒子２１２の粒子径は、望ましくは約１ｎｍ〜１００ｎｍ、より望ましくは５ｎｍ〜２５ｎｍである。

次いで、図６Ｂを参照すれば、前記カソード電極２３０上に前記バッファ粒子２１２を覆うように触媒物質２１３を所定厚さに蒸着する。ここで、前記触媒物質２１３の蒸着は、スパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって行われうる。前記触媒物質２１３は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されうる。

次いで、図６Ｃを参照すれば、それぞれの前記バッファ粒子２１２の表面にＣＮＴ（図６Ｄの２２０）の成長のための触媒層２１４を形成する。具体的には、前記カソード電極２３０及びバッファ粒子２１２の表面に蒸着された触媒物質２１３を熱処理すれば、カソード電極２３０とバッファ粒子２１２との間の表面エネルギー差によって、カソード電極２３０上の触媒物質２１３がバッファ粒子２１２の表面に移動し、これにより、前記バッファ粒子２１２の表面には、触媒層２１４が形成される。ここで、前記触媒物質２１３の熱処理は、後述するＣＮＴ２２０の成長のためのＣＶＤによって行われうる。

最後に、図６Ｄを参照すれば、バッファ粒子２１２の表面に形成された触媒層２１４からＣＮＴ２２０を例えばＣＶＤによって成長させれば、エミッタホール２４０の内部にＣＮＴエミッタ２５０が完成される。ここで、前記ＣＶＤは、望ましくは熱ＣＶＤまたはＰＥＣＶＤである。

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ２５ｎｍ、５０ｎｍサイズのバッファ粒子を用いた場合のＦＥＤの発光イメージを比較して撮った写真である。ここで、バッファ粒子としては、Ａｌ_２Ｏ_３粒子が使われ、触媒物質としては、２ｎｍ厚さのインバー（Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏの合金）が使われた。図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、５０ｎｍサイズのバッファ粒子が使われたＦＥＤでは、２５ｎｍサイズのバッファ粒子が使われたＦＥＤより放出電流量が急増して発光イメージが大幅向上したことが分かった。

以上、本発明による望ましい実施形態が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて決定されねばならない。

本発明は、ＣＮＴ構造体及び前記ＣＮＴ構造体を利用したＦＥＤに関連した技術分野に適用される。

従来のＣＶＤによって高密度で成長させたＣＮＴを示すＳＥＭ写真である。 本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体を概略的に示す図面である。 本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体で、小さいバッファ粒子が使われて高密度で成長させたＣＮＴを示す図面である。 本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体で、大きいバッファ粒子が使われて低密度で成長させた低密度のＣＮＴを示す図面である。 本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体の製造方法を説明するための図面である。 本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体の製造方法を説明するための図面である。 本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体の製造方法を説明するための図面である。 本発明の実施形態によるＣＮＴ構造体の製造方法を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態によるＦＥＤを概略的に示す図面である。 本発明の他の実施形態によるＦＥＤの製造方法を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態によるＦＥＤの製造方法を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態によるＦＥＤの製造方法を説明するための図面である。 本発明の他の実施形態によるＦＥＤの製造方法を説明するための図面である。 ２５ｎｍサイズのバッファ粒子を用いた場合のＦＥＤの発光イメージを撮った写真である。 ５０ｎｍサイズのバッファ粒子を用いた場合のＦＥＤの発光イメージを撮った写真である。

符号の説明

１１０ 基板、
１１２、１１２’、１１２” バッファ粒子、
１１３、１１３’、１１３” 触媒物質、
１１４ 触媒層、
１２０ ＣＮＴ、
２１０ 基板、
２１２ バッファ粒子、
２１３ 触媒物質、
２１４ 触媒層、
２２０ ＣＮＴ、
２３０ カソード電極、
２３２ 絶縁層、
２３４ ゲート電極、
２４０ エミッタホール、
２５０ ＣＮＴエミッタ。

Claims (35)

1. 基板と、
   前記基板上にコーティングされた所定サイズの複数のバッファ粒子と、
   前記基板上に前記バッファ粒子を覆うように所定厚さに蒸着された触媒物質を熱処理することによって、それぞれの前記バッファ粒子の表面に形成された触媒層と、
   それぞれの前記触媒層から成長させたカーボンナノチューブと、
   を備えることを特徴とするカーボンナノチューブ構造体。
2. 前記バッファ粒子の粒子径は、前記触媒物質の厚さより５倍以上大きいことを特徴とする請求項１に記載のカーボンナノチューブ構造体。
3. 前記バッファ粒子の粒子径は、１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のカーボンナノチューブ構造体。
4. 前記バッファ粒子の粒子径は、５ｎｍ〜２５ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載のカーボンナノチューブ構造体。
5. 前記バッファ粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ構造体。
6. 前記触媒層は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のカーボンナノチューブ構造体。
7. 基板上に所定サイズの複数のバッファ粒子をコーティングさせるステップと、
   前記バッファ粒子の表面を覆うように前記基板上に触媒物質を所定厚さに蒸着するステップと、
   熱処理を通じてそれぞれの前記バッファ粒子の表面に触媒層を形成し、それぞれの前記触媒層からカーボンナノチューブを成長させるステップと、
   を含むことを特徴とするカーボンナノチューブ構造体の製造方法。
8. 前記触媒層の形成及び前記カーボンナノチューブの成長は、化学気相蒸着法によって行われることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 前記化学気相蒸着法は、熱化学気相蒸着法またはプラズマ化学気相蒸着法であることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
10. 前記バッファ粒子は、スプレー法、スピンコーティング法またはディッピング法によってコーティングされることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
11. 前記バッファ粒子の粒子径は、前記触媒物質の蒸着厚さより５倍以上大きいことを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
12. 前記バッファ粒子の粒子径は、１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
13. 前記バッファ粒子の粒子径は、５ｎｍ〜２５ｎｍであることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
14. 前記バッファ粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されることを特徴とする請求項７〜１３のいずれか１項に記載の製造方法。
15. 前記触媒物質は、スパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって蒸着されることを特徴とする請求項７〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
16. 前記触媒物質は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されることを特徴とする請求項７〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
17. 前記触媒層は、前記熱処理により、前記基板と前記バッファ粒子との表面エネルギー差によって、前記基板上の触媒物質が前記バッファ粒子の表面に移動することによって形成されることを特徴とする請求項７〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
18. 請求項７〜１７のいずれか１項に記載の製造方法によって製造されたカーボンナノチューブ構造体。
19. 基板と、
    前記基板上に形成されたカソード電極と、
    前記基板上に前記カソード電極を覆うように形成され、前記カソード電極の一部を露出させるエミッタホールを有する絶縁層と、
    前記絶縁層上に形成されたゲート電極と、
    前記エミッタホールの内部に設けられるものであって、前記カソード電極上にコーティングされた所定サイズの複数のバッファ粒子、前記カソード電極上に前記バッファ粒子を覆うように所定厚さに蒸着された触媒物質を熱処理することによって、それぞれの前記バッファ粒子の表面に形成された触媒層及び、それぞれの前記触媒層から成長させたカーボンナノチューブを含むカーボンナノチューブエミッタと、
    を備えることを特徴とする電界放出素子。
20. 前記バッファ粒子の粒子径は、前記触媒物質の蒸着厚さより５倍以上大きいことを特徴とする請求項１９に記載の電界放出素子。
21. 前記バッファ粒子の粒子径は、１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１９または２０に記載の電界放出素子。
22. 前記バッファ粒子の粒子径は、５ｎｍ〜２５ｎｍであることを特徴とする請求項２１に記載の電界放出素子。
23. 前記バッファ粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の電界放出素子。
24. 前記触媒層は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されることを特徴とする請求項１９〜２３のいずれか１項に記載の電界放出素子。
25. 基板上にカソード電極、絶縁層及びゲート電極を順次に形成し、前記絶縁層には、前記カソード電極の一部を露出させるエミッタホールを形成するステップと、
    前記エミッタホールを通じて露出された前記カソード電極上に所定サイズの複数のバッファ粒子をコーティングさせるステップと、
    前記バッファ粒子の表面を覆うように前記カソード電極上に触媒物質を所定厚さに蒸着するステップと、
    熱処理を通じてそれぞれの前記バッファ粒子の表面に触媒層を形成し、それぞれの前記触媒層からカーボンナノチューブを成長させるステップと、
    を含むことを特徴とする電界放出素子の製造方法。
26. 前記触媒層の形成及び前記カーボンナノチューブの成長は、化学気相蒸着法によって行われることを特徴とする請求項２５に記載の製造方法。
27. 前記バッファ粒子は、スプレー法、スピンコーティング法またはディッピング法によってコーティングされることを特徴とする請求項２５または２６に記載の製造方法。
28. 前記バッファ粒子の粒子径は、前記触媒物質の蒸着厚さより５倍以上大きいことを特徴とする請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の製造方法。
29. 前記バッファ粒子の粒子径は、１ｎｍ〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項２５〜２８のいずれか１項に記載の製造方法。
30. 前記バッファ粒子の粒子径は、５ｎｍ〜２５ｎｍであることを特徴とする請求項２９に記載の製造方法。
31. 前記バッファ粒子は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｃｒ、Ｎｉ及びＣｕからなる群から選択された少なくとも一つの物質の酸化物で形成されることを特徴とする請求項２５〜３０のいずれか１項に記載の製造方法。
32. 前記触媒物質は、スパッタリング法または電子ビーム蒸着法によって蒸着されることを特徴とする請求項２５〜３１のいずれか１項に記載の製造方法。
33. 前記触媒物質は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｐｔ、Ｍｏ、Ｗ、Ｙ及びＰｄからなる群から選択された少なくとも一つの物質で形成されることを特徴とする請求項２５〜３２のいずれか１項に記載の製造方法。
34. 前記触媒層は、前記熱処理により、前記カソード電極と前記バッファ粒子との表面エネルギー差によって、前記カソード電極上の触媒物質が前記バッファ粒子の表面に移動することによって形成されることを特徴とする請求項２５〜３３のいずれか１項に記載の製造方法。
35. 請求項２５〜３４のいずれか１項に記載の製造方法によって製造された電界放出素子。