JP3421549B2 - Vacuum micro device - Google Patents

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】本発明は電界放出型冷陰極装
置、その製造方法、並びに同冷陰極装置を用いた真空マ
イクロ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission cold cathode device, a method for manufacturing the same, and a vacuum microdevice using the cold cathode device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】半導体加工技術を利用した電界放出型冷
陰極装置の開発が近年活発に行なわれている。その代表
的な例としては、スピント（Ｃ．Ａ．Ｓｐｉｎｄｔ）ら
が、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ，Ｖｏｌ．４７，５２４８（１９７６）に記載し
たものが知られている。この電界放出型冷陰極装置は、
Ｓｉ単結晶基板上にＳｉＯ₂ 層とゲート電極層を形成し
た後、直径約１．５μｍ程度の穴を更に形成し、この穴
の中に、電界放出を行なう円錐上のエミッタを蒸着法に
より作製したものである。この具体的な製造方法を図１
７（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。2. Description of the Related Art In recent years, field emission type cold cathode devices utilizing semiconductor processing technology have been actively developed. As a typical example thereof, CA Spindt et al., Journal of Applied Phys.
ics, Vol. 47, 5248 (1976) is known. This field emission cold cathode device is
After forming a SiO ₂ layer and a gate electrode layer on a Si single crystal substrate, a hole with a diameter of about 1.5 μm is further formed, and a conical emitter for field emission is formed in this hole by vapor deposition. It was done. This concrete manufacturing method is shown in FIG.
This will be described with reference to 7 (a) to 7 (c).

【０００３】先ず、Ｓｉ単結晶基板１上に絶縁層として
ＳｉＯ₂ 層２をＣＶＤ等の堆積法により形成する。次
に、その上にゲート電極層となるＭｏ層３及び犠牲層と
して使用されるＡｌ層４をスパッタリング法等で形成す
る。次に、エッチングにより直径約１．５μｍ程度の穴
５を層２、３、４に形成する（図１７（ａ））。First, a SiO ₂ layer 2 as an insulating layer is formed on a Si single crystal substrate 1 by a deposition method such as CVD. Next, a Mo layer 3 to be a gate electrode layer and an Al layer 4 to be used as a sacrificial layer are formed thereon by a sputtering method or the like. Next, holes 5 having a diameter of about 1.5 μm are formed in the layers 2, 3 and 4 by etching (FIG. 17A).

【０００４】次に、この穴５の中に、電界放出を行なう
ための円錐形状のエミッタ７を蒸着法により作製する
（図１７（ｂ））。このエミッタ７の形成は、エミッタ
の材料となる金属、例えばＭｏを、回転した状態の基板
１に対して垂直方向から真空蒸着することにより行う。
この際、穴５の開口に相当するピンホール径は、Ａｌ層
４上にＭｏ層６が堆積するにつれて減少し、最終的には
０となる。このため、ピンホールを通して堆積する穴５
内のエミッタ７も、その径がしだいに減少し、円錐形状
となる。Ａｌ層４上に堆積した余分のＭｏ層６は後に除
去する（図１７（ｃ））。Next, a conical emitter 7 for field emission is formed in the hole 5 by vapor deposition (FIG. 17B). The emitter 7 is formed by vacuum-depositing a metal, which is a material of the emitter, such as Mo, in a direction perpendicular to the substrate 1 in a rotated state.
At this time, the pinhole diameter corresponding to the opening of the hole 5 decreases as the Mo layer 6 is deposited on the Al layer 4, and finally becomes 0. For this reason, the holes 5 deposited through the pinholes
The diameter of the emitter 7 in the inside gradually decreases and becomes a conical shape. The excess Mo layer 6 deposited on the Al layer 4 will be removed later (FIG. 17C).

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の製造方
法及びその方法により作製された電界放出型冷陰極装置
においては以下に述べるような問題点がある。However, the above-mentioned manufacturing method and the field emission cold cathode device manufactured by the method have the following problems.

【０００６】先ず、回転蒸着法により、穴５の開口に相
当するピンホールの直径が少しずつ小さくなることを利
用してエミッタを形成しているため、エミッタ高さ、先
端部の形状などがばらつき、電界放出の均一性が悪くな
る。また、形状の再現性や歩留まりが悪いため、特性の
揃った多数の電界放出型冷陰極装置を同一基板上に作製
しようとする場合には、生産コストが非常に高くなる。First, since the emitter is formed by utilizing the fact that the diameter of the pinhole corresponding to the opening of the hole 5 is gradually decreased by the rotary evaporation method, the height of the emitter, the shape of the tip end, etc. are varied. However, the uniformity of field emission deteriorates. Further, since the reproducibility of the shape and the yield are poor, the production cost becomes very high when a large number of field emission cold cathode devices with uniform characteristics are to be manufactured on the same substrate.

【０００７】また、電界放出効率を向上させるのに必要
なエミッタ先端部の鋭さが欠けるため、駆動電圧が高く
なり、電界放出効率の低下、消費電力の増大等の問題が
生じる。高い駆動電圧を用いた場合、この電圧によりイ
オン化した残留ガスの影響をうけてエミッタ先端部の形
状が変化しやすく、信頼性や寿命等の点でも問題が生じ
る。Further, since the sharpness of the tip of the emitter required for improving the field emission efficiency is lacking, the driving voltage becomes high, which causes problems such as a decrease in field emission efficiency and an increase in power consumption. When a high driving voltage is used, the shape of the tip of the emitter is apt to change under the influence of ionized residual gas due to this voltage, which causes problems in terms of reliability and life.

【０００８】また、ＳｉＯ₂ 絶縁層をＣＶＤ法により厚
く形成しているため、電界放出の効率を大きく左右する
ゲート−エミッタ間の距離が正確に制御できず、電界放
出の均一性が良好でなく、ばらつきが発生する。また、
ゲート−エミッタ間距離が小さい方がより低電圧で素子
を駆動させることができるが、制御よくゲートとエミッ
タとを近接させることが困難である。Further, since the SiO ₂ insulating layer is formed thick by the CVD method, the distance between the gate and the emitter, which largely influences the efficiency of field emission, cannot be accurately controlled, and the uniformity of field emission is not good. , Variations occur. Also,
A device having a smaller gate-emitter distance can be driven with a lower voltage, but it is difficult to bring the gate and the emitter close to each other with good control.

【０００９】また、製造方法の性質上、エミッタ基底部
長さに対するエミッタ高さの割合、即ち、アスペクト比
を２以上にすることが困難である。エミッタのアスペク
ト比は、高い方がエミッタ先端部に電界が集中するた
め、駆動電圧の低下、消費電力の低下等に大幅な効果が
ある。エミッタのアスペクト比を高くできない一つの理
由は、上述の如く、エミッタ高さをコントロールする
際、開口部が次第にふさがっていくことを利用している
ことにある。また、別の理由は、エミッタ基底部長さが
ステッパ露光などにも用いられるマスク径とほぼ同じ長
さになるため、ステッパ露光限界より小さな基底部長さ
を作製することができないことにある。このステッパ露
光限界はまた、エミッタ基底部長さに制限を加えるた
め、エミッタを高集積化する上で別の問題を引起こして
いる。Further, due to the nature of the manufacturing method, it is difficult to set the ratio of the emitter height to the emitter base length, that is, the aspect ratio to 2 or more. When the aspect ratio of the emitter is higher, the electric field is concentrated on the tip of the emitter, so that the driving voltage and the power consumption are significantly reduced. One reason why the aspect ratio of the emitter cannot be increased is that the opening is gradually closed when controlling the height of the emitter, as described above. Another reason is that the base length of the emitter is almost the same as the mask diameter used for the stepper exposure, so that the base length smaller than the stepper exposure limit cannot be manufactured. This stepper exposure limit also limits the emitter base length, which causes another problem for high integration of the emitter.

【００１０】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、電界放出特性が均一で且つ低電圧駆動
が可能で電界放出効率も高い電界放出型冷陰極装置及び
その製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above problems, and provides a field emission cold cathode device having uniform field emission characteristics, capable of being driven at a low voltage, and high field emission efficiency, and a method of manufacturing the same. The purpose is to provide.

【００１１】本発明はまた、高集積化が容易で、生産性
に富み、且つ同一形状の尖鋭なエミッタを多数形成可能
な電界放出型冷陰極装置及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。It is another object of the present invention to provide a field emission type cold cathode device which is easy to be highly integrated, has high productivity, and is capable of forming a large number of sharp emitters having the same shape, and a manufacturing method thereof. .

【００１２】本発明はまた、上述のような優れた特性を
有する電界放出型冷陰極装置を用いた真空マイクロ装置
を提供することを目的とする。It is another object of the present invention to provide a vacuum micro device using the field emission cold cathode device having the above-mentioned excellent characteristics.

【００１３】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点は、
電界放出型冷陰極装置において、支持部材と、前記支持
部材上に配設された電子を放出するためのエミッタと、
を具備し、前記エミッタがフラーレンまたはカーボンナ
ノチューブを具備することを特徴とする。The first aspect of the present invention is as follows.
In the field emission cold cathode device, a supporting member, an emitter for emitting electrons arranged on the supporting member,
And the emitter comprises a fullerene or a carbon nanotube.

【００１４】本発明の第２の視点は、第１の視点の電界
放出型冷陰極装置において、前記エミッタが複数のフラ
ーレンまたはカーボンナノチューブを具備することを特
徴とする。A second aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the first aspect, characterized in that the emitter comprises a plurality of fullerenes or carbon nanotubes.

【００１５】本発明の第３の視点は、第１または第２の
視点の電界放出型冷陰極装置において、前記支持部材上
に配設されたカソード配線層を具備し、前記エミッタが
前記カソード配線層上に配設されることを特徴とする。A third aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the first or the second aspect, further comprising a cathode wiring layer disposed on the supporting member, wherein the emitter is the cathode wiring. It is characterized by being arranged on a layer.

【００１６】本発明の第４の視点は、第３の視点の電界
放出型冷陰極装置において、前記カソード配線層がＭ
ｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選択さ
れた材料から基本的に形成されることを特徴とする。A fourth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the third aspect, wherein the cathode wiring layer is M.
It is characterized in that it is basically formed of a material selected from the group consisting of o, Ta, W, Cr, Ni and Cu.

【００１７】本発明の第５の視点は、第１乃至第４のい
ずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前記エ
ミッタが、前記支持部材に支持された導電性凸部を具備
し、前記フラーレンまたはカーボンナノチューブが前記
導電性凸部の先端部に支持されることを特徴とする。A fifth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the emitter includes a conductive convex portion supported by the supporting member, The fullerene or carbon nanotube is supported by the tip of the conductive protrusion.

【００１８】本発明の第６の視点は、第５の視点の電界
放出型冷陰極装置において、前記フラーレンまたはカー
ボンナノチューブが部分的に前記導電性凸部に埋設され
ることを特徴とする。A sixth aspect of the present invention is characterized in that in the field emission cold cathode device according to the fifth aspect, the fullerene or carbon nanotube is partially embedded in the conductive convex portion.

【００１９】本発明の第７の視点は、第５または第６の
視点の電界放出型冷陰極装置において、前記導電性凸部
がＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＬａＢ₆ 、Ａｌ
Ｎ、ＧａＮ、グラファイト、ダイヤモンドからなる群か
ら選択された材料から基本的に形成されることを特徴と
する。A seventh aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the fifth or sixth aspect, wherein the conductive protrusions are Mo, Ta, W, Cr, Ni, Si, LaB ₆ , Al.
It is characterized in that it is basically formed of a material selected from the group consisting of N, GaN, graphite and diamond.

【００２０】本発明の第８の視点は、第１乃至第７のい
ずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前記エ
ミッタに対して間隔をおいて対向するゲート電極を具備
することを特徴とする。An eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the field emission cold cathode device according to any one of the first to seventh aspects, a gate electrode facing the emitter is provided at a distance. And

【００２１】本発明の第９の視点は、第１乃至第８のい
ずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前記支
持部材が合成樹脂から基本的に形成されることを特徴と
する。A ninth aspect of the present invention is characterized in that, in the field emission type cold cathode device according to any one of the first to eighth aspects, the supporting member is basically formed of synthetic resin.

【００２２】本発明の第１０の視点は、第１乃至第９の
いずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前記
カーボンナノチューブが、周期が０．４２６ｎｍまたは
０．７３８ｎｍの倍数の炭素の６員環の連なりから基本
的に構成されることを特徴とする。A tenth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to any one of the first to ninth aspects, wherein the carbon nanotubes are made of carbon having a period of a multiple of 0.426 nm or 0.738 nm. It is characterized by being basically composed of a series of 6-membered rings.

【００２３】本発明の第１１の視点は、第１乃至第１０
のいずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前
記カーボンナノチューブの直径が３０ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする。An eleventh aspect of the present invention is the first to tenth aspects.
In the field emission cold cathode device according to any one of the above aspects, the carbon nanotubes have a diameter of 30 nm or less.

【００２４】本発明の第１２の視点は、第１乃至第１１
のいずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前
記カーボンナノチューブの端部が炭素の５員環、６員
環、７員環を含むグラファイトシートにより閉じられて
いることを特徴とする。A twelfth aspect of the present invention is the first to eleventh aspects.
In the field emission cold cathode device according to any one of the above aspects, the end portion of the carbon nanotube is closed by a graphite sheet including a carbon 5-membered ring, a carbon 6-membered ring, and a carbon 7-membered ring.

【００２５】本発明の第１３の視点は、第１乃至第１２
のいずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前
記エミッタを形成する前記カーボンナノチューブの底部
直径に対する高さの比を表すアスペクト比が、３以上で
１×１０⁶ 以下であることを特徴とする。The thirteenth aspect of the present invention is the first to twelfth aspects.
In the field emission cold cathode device according to any one of items 1 to 3, the aspect ratio representing the ratio of the height to the bottom diameter of the carbon nanotubes forming the emitter is 3 or more and 1 × 10 ⁶ or less. To do.

【００２６】本発明の第１４の視点は、第１３の視点の
電界放出型冷陰極装置において、前記アスペクト比が、
３以上で１×１０³ 以下であることを特徴とする。A fourteenth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the thirteenth aspect, wherein the aspect ratio is
It is characterized by being 3 or more and 1 × 10 ³ or less.

【００２７】本発明の第１５の視点は、第１乃至第１４
のいずれかの視点の電界放出型冷陰極装置において、前
記カーボンナノチューブ内に配設された、電子を放出す
ることのできる導電性充填層を具備することを特徴とす
る。The fifteenth aspect of the present invention is the first to fourteenth aspects.
The field emission cold cathode device according to any one of the above aspects, further comprising a conductive filling layer capable of emitting electrons, which is disposed in the carbon nanotube.

【００２８】本発明の第１６の視点は、第１５の視点の
電界放出型冷陰極装置において、前記充填層がＭｏ、Ｔ
ａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＬａＢ₆ 、ＡｌＮ、Ｇａ
Ｎ、グラファイト、ダイヤモンドからなる群から選択さ
れた材料から基本的に形成されることを特徴とする。A sixteenth aspect of the present invention is the field emission type cold cathode device according to the fifteenth aspect, wherein the filling layer is Mo or T.
a, W, Cr, Ni, Si, LaB ₆ , AlN, Ga
It is basically formed of a material selected from the group consisting of N, graphite and diamond.

【００２９】本発明の第１７の視点は、真空マイクロ装
置において、支持部材と、前記支持部材上に配設された
電子を放出するためのエミッタと、前記エミッタがフラ
ーレンまたはカーボンナノチューブを具備することと、
前記支持部材と協働して前記エミッタを包囲する真空放
電空間を形成する包囲部材と、前記エミッタに対して間
隔をおいて配設された引出し電極と、前記エミッタと前
記引出し電極との電位差により前記エミッタから電子が
放出されることと、を具備することを特徴とする。A seventeenth aspect of the present invention is that, in a vacuum microdevice, a supporting member, an emitter for emitting electrons arranged on the supporting member, and the emitter comprising a fullerene or a carbon nanotube. When,
Due to the surrounding member that cooperates with the supporting member to form a vacuum discharge space surrounding the emitter, the extraction electrode arranged at a distance from the emitter, and the potential difference between the emitter and the extraction electrode. Electrons are emitted from the emitter.

【００３０】本発明の第１８の視点は、第１７の視点の
真空マイクロ装置において、前記引出し電極が前記支持
部材に支持されたゲート電極からなることを特徴とす
る。An eighteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the vacuum microdevice according to the seventeenth aspect, the extraction electrode comprises a gate electrode supported by the support member.

【００３１】本発明の第１９の視点は、第１８の視点の
真空マイクロ装置において、前記エミッタと対向する位
置で前記包囲部材上にアノード電極が配設されることを
特徴とする。A nineteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the vacuum microdevice according to the eighteenth aspect, an anode electrode is provided on the surrounding member at a position facing the emitter.

【００３２】本発明の第２０の視点は、第１７の視点の
真空マイクロ装置において、前記引出し電極が前記エミ
ッタと対向する位置で前記包囲部材上に配設されたアノ
ード電極からなることを特徴とする。A twentieth aspect of the present invention is the vacuum microdevice according to the seventeenth aspect, wherein the extraction electrode comprises an anode electrode disposed on the surrounding member at a position facing the emitter. To do.

【００３３】本発明の第２１の視点は、支持部材と、前
記支持部材上に配設された電子を放出するための複数の
エミッタと、を具備する電界放出型冷陰極装置の製造方
法において、収集部材を真空処理室内に配置する工程
と、前記真空処理室内を不活性ガスの真空雰囲気に設定
する工程と、前記真空処理室内で炭素を昇華させる工程
と、前記収集部材上に前記炭素を析出させることにより
カーボンナノチューブを形成する工程と、前記カーボン
ナノチューブを前記収集部材から前記支持部材上に移
し、前記カーボンナノチューブを具備する前記エミッタ
を形成する工程と、を具備することを特徴とする。A twenty-first aspect of the present invention is a method for manufacturing a field emission type cold cathode device, comprising: a supporting member; and a plurality of emitters arranged on the supporting member for emitting electrons. Disposing a collecting member in the vacuum processing chamber, setting a vacuum atmosphere of the vacuum processing chamber in an inert gas atmosphere, sublimating carbon in the vacuum processing chamber, and depositing the carbon on the collecting member. And forming the carbon nanotubes by transferring the carbon nanotubes from the collecting member onto the supporting member to form the emitters including the carbon nanotubes.

【００３４】本発明の第２２の視点は、支持部材と、前
記支持部材上に配設された電子を放出するための複数の
エミッタと、を具備する電界放出型冷陰極装置の製造方
法において、前記支持部材を真空処理室内に配置する工
程と、前記真空処理室内を不活性ガスの真空雰囲気に設
定する工程と、前記真空処理室内で炭素を昇華させる工
程と、前記支持部材上に前記炭素をカーボンナノチュー
ブとして析出させることにより、前記カーボンナノチュ
ーブを具備する前記エミッタを形成する工程と、を具備
することを特徴とする。A twenty-second aspect of the present invention is a method of manufacturing a field emission type cold cathode device comprising a support member and a plurality of emitters for emitting electrons arranged on the support member, Disposing the support member in a vacuum processing chamber, setting the vacuum processing chamber to a vacuum atmosphere of an inert gas, sublimating carbon in the vacuum processing chamber, and depositing the carbon on the support member. Forming the emitter having the carbon nanotubes by depositing as carbon nanotubes.

【００３５】本発明の第２３の視点は、第２１または第
２２の視点の製造方法において、前記炭素の昇華が、抵
抗加熱、電子ビーム、アーク放電、レーザ光照射からな
る群から選択された手段により行われることを特徴とす
る。A twenty-third aspect of the present invention is the manufacturing method according to the twenty-first or twenty-second aspect, wherein the carbon sublimation is selected from the group consisting of resistance heating, electron beam, arc discharge, and laser light irradiation. It is performed by.

【００３６】本発明の第２４の視点は、第２１乃至第２
３のいずれかの視点の製造方法において、電子を放出す
ることのできる導電性充填層を前記カーボンナノチュー
ブ内に形成する工程を具備することを特徴とする。The twenty-fourth aspect of the present invention is the twenty-first to the second aspects.
3. The manufacturing method according to any one of 3) to 3), further comprising a step of forming a conductive filling layer capable of emitting electrons in the carbon nanotube.

【００３７】本発明の第２５の視点は、支持部材と、前
記支持部材上に配設された電子を放出するためのエミッ
タと、を具備する電界放出型冷陰極装置の製造方法にお
いて、モールド部材に底部の尖った凹部を形成する工程
と、前記凹部内にフラーレンまたはカーボンナノチュー
ブを配置する工程と、前記凹部内に導電性材料を充填し
て導電性凸部を形成する工程と、前記導電性凸部を挟む
ように前記モールド部材に前記支持部材を接合する工程
と、前記モールド部材を除去することにより、前記支持
部材上で前記導電性凸部及び前記フラーレンまたはカー
ボンナノチューブを具備する前記エミッタを露出させる
工程と、を具備することを特徴とする。A twenty-fifth aspect of the present invention is a method of manufacturing a field emission type cold cathode device, comprising a support member and an emitter for emitting electrons arranged on the support member. Forming a concave portion having a sharp bottom, a step of disposing fullerene or carbon nanotubes in the concave portion, a step of filling a conductive material in the concave portion to form a conductive convex portion, the conductive A step of joining the supporting member to the mold member so as to sandwich the convex portion; and a step of removing the mold member to form the emitter having the conductive convex portion and the fullerene or carbon nanotube on the supporting member. And a step of exposing.

【００３８】本発明の第２６の視点は、第２５の視点の
製造方法において、前記凹部内に前記導電性材料を充填
する前に、前記凹部の内面を絶縁層で被覆する工程を具
備することを特徴とする。A twenty-sixth aspect of the present invention is the manufacturing method according to the twenty-fifth aspect, which comprises a step of coating the inner surface of the recess with an insulating layer before filling the recess with the conductive material. Is characterized by.

【００３９】本発明の第２７の視点は、第２１乃至第２
６のいずれかの視点の製造方法において、前記エミッタ
に対向し且つ前記支持部材上に絶縁層を介して支持され
るように、ゲート電極を配設する工程を具備することを
特徴とする。The twenty-seventh aspect of the present invention is the twenty-first to the second aspects.
The manufacturing method according to any one of the aspects 6 to 6 includes a step of disposing a gate electrode so as to face the emitter and be supported on the support member via an insulating layer.

【００４０】[0040]

【発明の実施の形態】以下に図示の実施の形態を参照し
て本発明を詳述する。なお、以下の実施の形態におい
て、対応する部材には同じ符号を付し、重複する説明は
必要に応じてのみ行なう。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in detail below with reference to the embodiments shown in the drawings. In the following embodiments, corresponding members are designated by the same reference numerals, and overlapping description will be given only when necessary.

【００４１】図１（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図である。1A and 1B are schematic cross-sectional views showing the field emission type cold cathode device according to the embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【００４２】図１（ｂ）図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、支持基板１２と、支持基
板１２上に配設された電子を放出するためのエミッタ１
４とを有する。エミッタ１４は、電界放出型冷陰極装置
の用途に応じて、複数若しくは単数が支持基板１２上に
配設される。As shown in FIG. 1 (b), the field emission type cold cathode device according to this embodiment includes a support substrate 12 and an emitter 1 arranged on the support substrate 12 for emitting electrons.
4 and. A plurality of or a single emitter 14 is arranged on the support substrate 12 according to the application of the field emission cold cathode device.

【００４３】支持基板１２は、これ自体がカソード配線
層を兼ねる場合は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃ
ｕ、カーボンや、不純物をドープしたＳｉ等の半導体等
の導電性材料から基本的に形成される。また、カソード
配線層を別途設ける場合は、支持基板１２は、ガラス、
石英、合成樹脂等の絶縁性材料や、Ｓｉ等の半導体材料
から基本的に形成される。When the supporting substrate 12 itself also serves as the cathode wiring layer, the supporting substrate 12 is Mo, Ta, W, Cr, Ni, C.
It is basically formed of a conductive material such as u, carbon, or a semiconductor such as Si doped with impurities. When the cathode wiring layer is separately provided, the support substrate 12 is made of glass,
It is basically formed of an insulating material such as quartz or synthetic resin, or a semiconductor material such as Si.

【００４４】エミッタ１４の夫々は、基本的に炭素の６
員環の連なりから構成される複数のカーボンナノチュー
ブ１６から形成される。通常、カーボンナノチューブ１
６は、図１（ａ）、（ｂ）示の如く、倒木が重なり合う
ような状態で支持基板１２上に存在する。しかし、以下
の図では、図を簡易にするため、カーボンナノチューブ
１６が概ね垂直に立ち上がった状態で示す。各エミッタ
１４が１つのカーボンナノチューブ１６からなるように
することもできる。全カーボンナノチューブ１６の７０
％以上は３０ｎｍ以下の直径を有する。エミッタ１４を
形成するカーボンナノチューブ１６の底部直径に対する
高さの比を表すアスペクト比は、３以上且つ１×１０⁶
以下で、望ましくは、３以上且つ１×１０³ 以下に設定
される。Each of the emitters 14 is basically made of carbon 6
It is formed of a plurality of carbon nanotubes 16 formed by a series of member rings. Usually carbon nanotube 1
As shown in FIGS. 1A and 1B, 6 exists on the support substrate 12 in a state where the fallen trees overlap each other. However, in the following figures, for simplification of the figure, the carbon nanotubes 16 are shown in a state of standing up substantially vertically. It is also possible for each emitter 14 to consist of one carbon nanotube 16. 70 of all carbon nanotubes 16
% Or more has a diameter of 30 nm or less. The aspect ratio representing the ratio of the height to the bottom diameter of the carbon nanotubes 16 forming the emitter 14 is 3 or more and 1 × 10 ⁶
Below, it is desirably set to ³ or more and 1 × 10 ³ or less.

【００４５】カーボンナノチューブ１６は、図２（ａ）
図示のような基本的に炭素の６員環の連なりから構成さ
れる分子構造のグラファイトシート１８を、図２（ｂ）
図示のように円筒状に巻いた形に形成される。グラファ
イトシート１８は、６員環の周期Ｂ方向（周期が０．４
２６ｎｍ）に巻くと金属性を示す。グラファイトシート
１８はまた、６員環の周期Ａ方向（周期が０．２４６ｎ
ｍ）でも、（３、０）、（６、０）、（９、０）等、３
×（１、０）の格子点を結ぶように巻くと禁制帯幅の狭
い半導体性を示す。従って、カーボンナノチューブ１６
における炭素の６員環の周期は、周期Ｂ方向の０．４２
６ｎｍまたは周期Ａ方向０．２４６ｎｍ×３＝０．７３
８ｎｍの倍数となる。The carbon nanotube 16 is shown in FIG.
As shown in FIG. 2 (b), a graphite sheet 18 having a molecular structure basically composed of a series of 6-membered carbon rings
As shown in the figure, it is formed into a cylindrical shape. The graphite sheet 18 has a 6-membered ring in the direction B (having a period of 0.4
(26 nm), it exhibits metallic properties. The graphite sheet 18 also has a 6-membered ring in the direction A (having a period of 0.246n).
m) also, (3,0), (6,0), (9,0), etc., 3
When wound so as to connect the lattice points of × (1,0), a semiconductor property with a narrow bandgap is exhibited. Therefore, the carbon nanotube 16
The cycle of the 6-membered ring of carbon in is 0.42 in the cycle B direction.
6 nm or period A direction 0.246 nm × 3 = 0.73
It is a multiple of 8 nm.

【００４６】なお、カーボンナノチューブ１６の端部
は、図２（ｂ）図示のように閉鎖される場合と、閉鎖さ
れずに円筒形のままで開放される場合とがある。カーボ
ンナノチューブ１６の端部を閉鎖するグラファイトシー
ト２２には、炭素の６員環の連なりの中に炭素の５員環
及び／または７員環が介在した構造となる。例えば、図
２（ｂ）図示の例では、部位２４に炭素の５員環が介在
している。これは、炭素の６員環だけでは、端部の閉鎖
形状を形成することができないためである。The end portion of the carbon nanotube 16 may be closed as shown in FIG. 2 (b) or may be opened in a cylindrical shape without being closed. The graphite sheet 22 that closes the ends of the carbon nanotubes 16 has a structure in which a 5-membered ring of carbon and / or a 7-membered ring of carbon are interposed in a series of 6-membered rings of carbon. For example, in the example shown in FIG. 2 (b), a carbon 5-membered ring is interposed in the site 24. This is because the 6-membered ring of carbon cannot form the closed shape of the end portion.

【００４７】次に、この実施の形態に係る電界放出型冷
陰極装置の製造方法の２つの例について説明する。Next, two examples of the method of manufacturing the field emission type cold cathode device according to this embodiment will be described.

【００４８】製造方法の第１例においては、先ず、直径
６．５ｎｍ〜２０ｎｍのグラファイト電極を一対準備
し、これらをアノード電極（炭素源）及びカソード電極
（収集部材）として、真空処理室内に配設する。次に、
真空処理室内を排気すると共に、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性
ガスを真空処理室内に導入し、真空処理室内を２０Ｔｏ
ｒｒ〜５００Ｔｏｒｒ、望ましくは約５００Ｔｏｒｒの
不活性ガス雰囲気に設定する。In the first example of the manufacturing method, first, a pair of graphite electrodes having a diameter of 6.5 nm to 20 nm are prepared, and these are arranged in the vacuum processing chamber as an anode electrode (carbon source) and a cathode electrode (collecting member). Set up. next,
The vacuum processing chamber is evacuated, and an inert gas such as He or Ar is introduced into the vacuum processing chamber, and the vacuum processing chamber is heated to 20
The inert gas atmosphere is set to rr to 500 Torr, preferably about 500 Torr.

【００４９】次に、直流電圧１０Ｖ〜２０Ｖをアノード
電極とカソード電極との間に印加し、電流約１００Ａと
なるようにアーク放電を発生させる。この様にして、ア
ノード電極の炭素を昇華させる一方、カソード電極上に
炭素を析出させてカーボンナノチューブを形成する。こ
の際、炭素の析出条件を、カーボンナノチューブが基本
的に炭素の６員環の連なりから構成され、６員環の周期
が０．４２６ｎｍまたは０．７３８ｎｍの倍数となるよ
うに調整する。Next, a DC voltage of 10 V to 20 V is applied between the anode electrode and the cathode electrode, and an arc discharge is generated so that the current becomes about 100 A. In this way, while sublimating the carbon of the anode electrode, carbon is deposited on the cathode electrode to form carbon nanotubes. At this time, the carbon deposition conditions are adjusted so that the carbon nanotubes are basically composed of a series of carbon 6-membered rings and the period of the 6-membered rings is a multiple of 0.426 nm or 0.738 nm.

【００５０】この様に、ガス圧かアーク放電を生じるた
めの電圧を調整することにより、カーボンナノチューブ
は直径３０ｎｍ以下とすることができる。また、プロセ
ス条件等により、形成されるカーボンナノチューブの形
状もばらつくが、直径３０ｎｍ以下のものが全体の７０
％以上を占めていれば、特性上特に問題は生じなかっ
た。As described above, the diameter of the carbon nanotube can be reduced to 30 nm or less by adjusting the gas pressure or the voltage for generating arc discharge. Further, the shape of the carbon nanotubes formed varies depending on the process conditions and the like.
If it occupies at least%, there is no particular problem in terms of characteristics.

【００５１】次に、カソード電極をエタノール中に浸漬
し、超音波を印加することにより、カソード電極からカ
ーボンナノチューブを分離し、エタノール中に分散させ
る。次に、セラミックフィルタ或いはろ紙によりエタノ
ールからカーボンナノチューブを取出し、乾燥させる。
なお、カーボンナノチューブを分離後、使用条件に適合
するように精製及び分級処理してもよい。Next, the cathode electrode is immersed in ethanol and ultrasonic waves are applied to separate the carbon nanotubes from the cathode electrode and disperse them in ethanol. Next, the carbon nanotubes are taken out from the ethanol with a ceramic filter or filter paper and dried.
After separating the carbon nanotubes, the carbon nanotubes may be purified and classified so as to meet the usage conditions.

【００５２】次に、カーボンナノチューブを塗布、圧
着、埋込み等の方法で合成樹脂製の支持基板１２上に供
給し、カーボンナノチューブ層２６を形成する（図１
（ａ））。ここで、支持基板の材料としては、ポリメチ
ルメタクレート、テフロン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリカーボネート、非晶質ポリオレフィン、アクリ
ル系樹脂、エポキシ系樹脂を用いることができる。Next, carbon nanotubes are applied onto the support substrate 12 made of synthetic resin by a method such as coating, pressure bonding and embedding to form a carbon nanotube layer 26 (FIG. 1).
(A)). Here, as the material of the supporting substrate, polymethylmethacrylate, Teflon, polytetrafluoroethylene, polycarbonate, amorphous polyolefin, acrylic resin, epoxy resin can be used.

【００５３】次に、レジストを塗布して、エミッタ１４
のレイアウトに従って、カーボンナノチューブ層２６を
リソグラフィ技術でパターニングする。この様にして、
複数のカーボンナノチューブ１６からなるエミッタ１４
を支持基板１２上に形成する（図１（ｂ））。Next, a resist is applied to the emitter 14
The carbon nanotube layer 26 is lithographically patterned according to the layout of FIG. In this way
Emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16
Is formed on the support substrate 12 (FIG. 1B).

【００５４】なお、上述の製造方法の第１例において、
一対のグラファイト電極間に印加する電力は直流ではな
く交流とすることもできる。更に、カーボンナノチュー
ブをカソード電極（収集部材）から分離させず、カソー
ド電極（収集部材）と共に電界放出型冷陰極装置に用い
ることもできる。In the first example of the above manufacturing method,
The electric power applied between the pair of graphite electrodes may be AC instead of DC. Further, the carbon nanotubes can be used together with the cathode electrode (collecting member) in a field emission cold cathode device without being separated from the cathode electrode (collecting member).

【００５５】製造方法の第２例においては、先ず、直径
６．５ｎｍ〜２０ｎｍのグラファイト棒を真空処理室内
に配設する。また、支持基板１２を直接真空処理室内に
配置する。次に、真空処理室内を排気すると共に、Ｈ
ｅ、Ａｒ等の不活性ガスを真空処理室内に導入し、真空
処理室内を２０Ｔｏｒｒ〜５００Ｔｏｒｒ、望ましくは
約５００Ｔｏｒｒの不活性ガス雰囲気に設定する。In the second example of the manufacturing method, first, a graphite rod having a diameter of 6.5 nm to 20 nm is placed in the vacuum processing chamber. Further, the support substrate 12 is directly placed in the vacuum processing chamber. Next, the vacuum processing chamber is evacuated and H
An inert gas such as e or Ar is introduced into the vacuum processing chamber, and the inside of the vacuum processing chamber is set to an inert gas atmosphere of 20 Torr to 500 Torr, preferably about 500 Torr.

【００５６】次に、グラファイト棒に通電し、抵抗自己
加熱によりグラファイト棒を加熱する。この様にして、
グラファイト棒の炭素を昇華させる一方、支持基板１２
上に炭素を析出させてカーボンナノチューブ層２６を形
成する（図１（ａ））。この際、炭素の析出条件を、カ
ーボンナノチューブが基本的に炭素の６員環の連なりか
ら構成され、６員環の周期が０．４２６ｎｍまたは０．
７３８ｎｍの倍数となるように調整する。Next, the graphite rod is energized to heat the graphite rod by resistance self-heating. In this way
While sublimating the carbon of the graphite rod, the supporting substrate 12
Carbon is deposited on the carbon nanotube layer 26 to form the carbon nanotube layer 26 (FIG. 1A). At this time, the carbon deposition condition is that the carbon nanotube is basically composed of a series of 6-membered rings of carbon, and the period of the 6-membered ring is 0.426 nm or 0.
Adjust to be a multiple of 738 nm.

【００５７】この様に、ガス圧かアーク放電を生じるた
めの電圧を調整することにより、カーボンナノチューブ
は直径３０ｎｍ以下とすることができる。また、プロセ
ス条件等により、形成されるカーボンナノチューブの形
状もばらつくが、直径３０ｎｍ以下のものが全体の７０
％以上を占めていれば、特性上特に問題は生じなかっ
た。As described above, the diameter of the carbon nanotube can be reduced to 30 nm or less by adjusting the gas pressure or the voltage for generating the arc discharge. Further, the shape of the carbon nanotubes formed varies depending on the process conditions and the like.
If it occupies at least%, there is no particular problem in terms of characteristics.

【００５８】次に、レジストを塗布して、エミッタ１４
のレイアウトに従って、カーボンナノチューブ層２６を
リソグラフィ技術でパターニングする。この様にして、
複数のカーボンナノチューブ１６からなるエミッタ１４
を支持基板１２上に形成する（図１（ｂ））。Next, a resist is applied to the emitter 14
The carbon nanotube layer 26 is lithographically patterned according to the layout of FIG. In this way
Emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16
Is formed on the support substrate 12 (FIG. 1B).

【００５９】なお、真空処理室内で炭素を昇華させる手
段としては、上述の製造方法の第１及び第２例で示した
アーク放電、抵抗加熱の他、電子ビーム、レーザ光照射
等を用いることができる。As means for sublimating carbon in the vacuum processing chamber, electron beam, laser light irradiation, etc. may be used in addition to the arc discharge and resistance heating shown in the first and second examples of the manufacturing method. it can.

【００６０】図３（ａ）、（ｂ）は本発明の別の実施の
形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概
略断面図である。3 (a) and 3 (b) are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【００６１】図３（ｂ）図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、エミッタ１４に電子を供
給するためのカソード配線層２８が支持基板１２上に配
設されている点で、図１（ｂ）図示の電界放出型冷陰極
装置と異なる。カソード配線層２８は、Ｍｏ、Ｔａ、
Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等の導電性材料から基本的に形成
される。また、支持基板１２は、ガラス、石英、合成樹
脂等の絶縁性材料や、Ｓｉ等の半導体材料から基本的に
形成される。As shown in FIG. 3B, in the field emission cold cathode device according to this embodiment, a cathode wiring layer 28 for supplying electrons to the emitter 14 is provided on the support substrate 12. This is different from the field emission type cold cathode device shown in FIG. The cathode wiring layer 28 is made of Mo, Ta,
It is basically formed of a conductive material such as W, Cr, Ni or Cu. The support substrate 12 is basically formed of an insulating material such as glass, quartz, synthetic resin, or a semiconductor material such as Si.

【００６２】図３（ｂ）図示の電界放出型冷陰極装置
は、図１（ｂ）図示の電界放出型冷陰極装置と概ね同じ
方法で製造することができる。但し、図１を参照して説
明した製造方法の第１及び第２例に対して、次のような
変更を加える。The field emission type cold cathode device shown in FIG. 3 (b) can be manufactured by substantially the same method as the field emission type cold cathode device shown in FIG. 1 (b). However, the following modifications are made to the first and second examples of the manufacturing method described with reference to FIG.

【００６３】先ず、アノード電極（炭素源）及びカソー
ド電極（収集部材）を用いる第１例においては、カソー
ド電極（収集部材）から分離されたカーボンナノチュー
ブを支持基板１２上に供給する前に、支持基板１２上に
パターニングされたカソード配線層２８を形成する。そ
して、カーボンナノチューブを前述の如く支持基板１２
上に供給し、支持基板１２及びカソード配線層２８上に
カーボンナノチューブ層２６を形成する（図３
（ａ））。次に、エミッタ１４のレイアウトに従って、
カーボンナノチューブ層２６をリソグラフィ技術でパタ
ーニングし、複数のカーボンナノチューブ１６からなる
エミッタ１４をカソード配線層２８上に形成する（図３
（ｂ））。First, in the first example using the anode electrode (carbon source) and the cathode electrode (collection member), before the carbon nanotubes separated from the cathode electrode (collection member) are supplied onto the support substrate 12, the support is carried out. A patterned cathode wiring layer 28 is formed on the substrate 12. Then, the carbon nanotubes are attached to the support substrate 12 as described above.
Then, the carbon nanotube layer 26 is formed on the support substrate 12 and the cathode wiring layer 28 (FIG. 3).
(A)). Next, according to the layout of the emitter 14,
The carbon nanotube layer 26 is patterned by a lithography technique to form the emitter 14 composed of the plurality of carbon nanotubes 16 on the cathode wiring layer 28 (FIG. 3).
(B)).

【００６４】また、カーボンナノチューブを直接支持基
板１２上に析出させる第２例においては、支持基板１２
を真空処理室内に入れる前に、支持基板１２上にパター
ニングされたカソード配線層２８を形成する。そして、
カソード配線層２８の付いた支持基板１２を真空処理室
内に配置し、前述の如く操作を行い、支持基板１２及び
カソード配線層２８上に炭素を析出させ、カーボンナノ
チューブ層２６を形成する（図３（ａ））。次に、エミ
ッタ１４のレイアウトに従って、カーボンナノチューブ
層２６をリソグラフィ技術でパターニングし、複数のカ
ーボンナノチューブ１６からなるエミッタ１４をカソー
ド配線層２８上に形成する（図３（ｂ））。In the second example in which carbon nanotubes are directly deposited on the support substrate 12, the support substrate 12
Before being placed in the vacuum processing chamber, a patterned cathode wiring layer 28 is formed on the support substrate 12. And
The support substrate 12 with the cathode wiring layer 28 is placed in the vacuum processing chamber, and the operation is performed as described above to deposit carbon on the support substrate 12 and the cathode wiring layer 28 to form the carbon nanotube layer 26 (FIG. 3). (A)). Next, according to the layout of the emitter 14, the carbon nanotube layer 26 is patterned by a lithography technique to form the emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16 on the cathode wiring layer 28 (FIG. 3B).

【００６５】図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示
す概略断面図である。FIGS. 4A to 4C are schematic sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【００６６】図４（ｃ）図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、カーボンナノチューブ１
６内に、電子を放出することのできる導電性充填層３２
が配設されている点で、図１（ｂ）図示の電界放出型冷
陰極装置と異なる。充填層３２はＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｓｉ、ＬａＢ₆ 、ＡｌＮ、ＧａＮ、グラファ
イト、ダイヤモンド等の導電性材料から基本的に形成さ
れる。As shown in FIG. 4 (c), the field emission cold cathode device according to this embodiment has the carbon nanotube 1
6 has a conductive filling layer 32 capable of emitting electrons.
Is provided, which is different from the field emission cold cathode device shown in FIG. The filling layer 32 is Mo, Ta, W, C
It is basically formed of a conductive material such as r, Ni, Si, LaB ₆ , AlN, GaN, graphite and diamond.

【００６７】図４（ｃ）図示の電界放出型冷陰極装置
は、図１（ｂ）図示の電界放出型冷陰極装置と概ね同じ
方法で製造することができるが、次のような変更を加え
る。The field emission cold cathode device shown in FIG. 4 (c) can be manufactured by substantially the same method as the field emission cold cathode device shown in FIG. 1 (b), but with the following modifications. .

【００６８】先ず、前述の如く、支持基板１２上にカー
ボンナノチューブ層２６を形成する（図４（ａ））。次
に、昇華した導電性材料を上方から堆積させるか、完成
した構造物全体を溶融した導電性材料中に浸漬させ、支
持基板１２上の全面に導電性材料層３４を形成する。こ
の際、カーボンナノチューブの主に先端部内にまで充填
層３２が形成されるようにする（図４（ｂ））。ここ
で、理論上は、チューブに吸込まれた導電性材料は、エ
ネルギー的に最も安定なチューブの中心に形成されやす
い。しかし、例えば、気体がチューブ内に存在する等の
種々の条件により、チューブの途中で導電性材料の吸込
みが止まってしまう場合もある。First, as described above, the carbon nanotube layer 26 is formed on the support substrate 12 (FIG. 4A). Next, the sublimated conductive material is deposited from above, or the entire completed structure is immersed in the molten conductive material to form the conductive material layer 34 on the entire surface of the support substrate 12. At this time, the filling layer 32 is formed mainly in the tip portion of the carbon nanotube (FIG. 4B). Here, theoretically, the conductive material sucked into the tube is likely to be formed in the center of the tube which is energetically most stable. However, the suction of the conductive material may stop in the middle of the tube due to various conditions such as the presence of gas in the tube.

【００６９】次に、エミッタ１４のレイアウトに従って
リソグラフィ技術でパターニングを行い、支持基板１２
と直接接触する導電性材料層３４の部分を除去すると共
に、複数のカーボンナノチューブ１６からなるエミッタ
１４を支持基板１２上に形成する（図４（ｃ））。な
お、カーボンナノチューブ１６は導電性材料層３４によ
り支持基板１２上にしっかりと固定されるため、図１
（ｂ）図示の構造に比べて取扱いが容易で且つ信頼性の
高い構造を提供することができる。Next, patterning is performed by a lithography technique according to the layout of the emitter 14 and the supporting substrate 12 is formed.
The portion of the conductive material layer 34 that is in direct contact with is removed, and the emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16 is formed on the support substrate 12 (FIG. 4C). Since the carbon nanotubes 16 are firmly fixed on the supporting substrate 12 by the conductive material layer 34, the carbon nanotubes 16 shown in FIG.
(B) It is possible to provide a structure that is easier to handle and has higher reliability than the illustrated structure.

【００７０】図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示
す概略断面図である。FIGS. 5A to 5C are schematic sectional views showing the field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【００７１】図５（ｃ）図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、カーボンナノチューブ１
６内に、電子を放出することのできる導電性充填層３２
が配設されている点で、図３（ｂ）図示の電界放出型冷
陰極装置と異なる。充填層３２は図４（ａ）〜（ｃ）を
参照して述べた材料から基本的に形成される。なお、充
填層３２はカソード配線層２８と基本的に同じ材料から
形成することもできる。As shown in FIG. 5C, the field emission type cold cathode device according to the present embodiment has the carbon nanotube 1
6 has a conductive filling layer 32 capable of emitting electrons.
3 is different from the field emission cold cathode device shown in FIG. 3B. The filling layer 32 is basically formed of the material described with reference to FIGS. The filling layer 32 may be formed of the same material as the cathode wiring layer 28.

【００７２】図５（ｃ）図示の電界放出型冷陰極装置
は、図３（ｂ）図示の電界放出型冷陰極装置と概ね同じ
方法で製造することができるが、次のような変更を加え
る。The field emission type cold cathode device shown in FIG. 5C can be manufactured by the same method as that of the field emission type cold cathode device shown in FIG. 3B, but with the following modifications. .

【００７３】先ず、前述の如く、支持基板１２及びカソ
ード配線層２８上にカーボンナノチューブ層２６を形成
する（図５（ａ））。次に、昇華した導電性材料を上方
から堆積させるか、完成した構造物全体を溶融した導電
性材料中に浸漬させ、支持基板１２上の全面に導電性材
料層３４を形成する。この際、カーボンナノチューブの
主に先端部内に充填層３２が形成される（図５
（ｂ））。次に、エミッタ１４のレイアウトに従って、
リソグラフィ技術でパターニングを行い、支持基板１２
と直接接触する導電性材料層３４の部分を除去すると共
に、複数のカーボンナノチューブ１６からなるエミッタ
１４をカソード配線層２８上に形成する（図５
（ｃ））。First, as described above, the carbon nanotube layer 26 is formed on the support substrate 12 and the cathode wiring layer 28 (FIG. 5A). Next, the sublimated conductive material is deposited from above, or the entire completed structure is immersed in the molten conductive material to form the conductive material layer 34 on the entire surface of the support substrate 12. At this time, the filling layer 32 is formed mainly in the tip portion of the carbon nanotube (FIG. 5).
(B)). Next, according to the layout of the emitter 14,
The supporting substrate 12 is patterned by the lithography technique.
The part of the conductive material layer 34 that is in direct contact with is removed, and the emitter 14 composed of a plurality of carbon nanotubes 16 is formed on the cathode wiring layer 28 (FIG. 5).
(C)).

【００７４】なお、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）
〜（ｃ）図示の実施の形態において、支持基板１２の表
面と充填層３２の導電性材料との剥離性が良好となるよ
うに、予め材料選択或いは支持基板１２の表面を処理し
ておくことができる。また、充填層３２を、カーボンナ
ノチューブを支持基板１２上に供給する前の調製時に形
成してもよい。この場合、例えば、収集部材に付いた状
態のカーボンナノチューブに対して、昇華した導電性材
料を上方から堆積させるか、或いは、収集部材に付いた
状態或いは分離された状態のカーボンナノチューブを溶
融した導電性材料中に浸漬させることにより、充填層３
２をカーボンナノチューブ内に形成することができる。Incidentally, FIGS. 4 (a) to 4 (c) and FIG. 5 (a)
(C) In the illustrated embodiment, material selection or treatment of the surface of the supporting substrate 12 is performed in advance so that the peelability between the surface of the supporting substrate 12 and the conductive material of the filling layer 32 is good. You can Further, the filling layer 32 may be formed at the time of preparation before supplying the carbon nanotubes onto the supporting substrate 12. In this case, for example, the sublimated conductive material is deposited from above on the carbon nanotubes attached to the collecting member, or the carbon nanotubes attached to the collecting member or separated from each other are melted to form a conductive material. Layer 3 by immersing it in a conductive material
2 can be formed in carbon nanotubes.

【００７５】カソード配線層２８及び充填層３２を有す
る図５（ｃ）図示の構造は、図６（ａ）〜（ｄ）に示す
ような製造方法によっても形成することができる。図６
（ａ）〜（ｄ）図示の製造方法は、アノード電極（炭素
源）及びカソード電極（収集部材）を用いる製造方法の
第１例を応用したもので、次のように変更する。The structure shown in FIG. 5C having the cathode wiring layer 28 and the filling layer 32 can also be formed by the manufacturing method shown in FIGS. 6A to 6D. Figure 6
The manufacturing method shown in (a) to (d) is an application of the first example of the manufacturing method using the anode electrode (carbon source) and the cathode electrode (collecting member), and is modified as follows.

【００７６】先ず、前述の如く、カソード電極（収集部
材）４２上に炭素を析出させてカーボンナノチューブ層
２６を形成する（図６（ａ））。次に、カソード電極
（収集部材）４２に付いた状態のままで、カーボンナノ
チューブ層２６を、溶融状態の合成樹脂層４４に押付け
る（図６（ｂ））。ここで、合成樹脂層４４の材料とし
ては、ポリメチルメタクレート、テフロン、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリカーボネート、非晶質ポリオレ
フィン、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂を用いること
ができる。First, as described above, carbon is deposited on the cathode electrode (collecting member) 42 to form the carbon nanotube layer 26 (FIG. 6A). Next, the carbon nanotube layer 26 is pressed against the synthetic resin layer 44 in the melted state while being attached to the cathode electrode (collecting member) 42 (FIG. 6B). Here, as the material of the synthetic resin layer 44, polymethylmethacrylate, Teflon, polytetrafluoroethylene, polycarbonate, amorphous polyolefin, acrylic resin, epoxy resin can be used.

【００７７】合成樹脂層４４を乾燥して支持基板１２と
した後、カーボンナノチューブ層２６からカソード電極
（収集部材）４２を取外す。即ち、カーボンナノチュー
ブ層２６をカソード電極（収集部材）４２から支持基板
１２上に転写する。After the synthetic resin layer 44 is dried to form the supporting substrate 12, the cathode electrode (collecting member) 42 is removed from the carbon nanotube layer 26. That is, the carbon nanotube layer 26 is transferred from the cathode electrode (collecting member) 42 onto the support substrate 12.

【００７８】次に、昇華した導電性材料を上方から堆積
させるか、完成した構造物全体を溶融した導電性材料中
に浸漬させ、カソード配線層となる導電性材料層４６を
支持基板１２上に形成する。この際、カーボンナノチュ
ーブの主に先端部内にまで充填層３２が形成される（図
６（ｃ））。次に、レジストを塗布して、エミッタ１４
のレイアウトに従って、カーボンナノチューブ層２６及
び導電性材料層４６をリソグラフィ技術でパターニング
する。この様にして、複数のカーボンナノチューブ１６
からなるエミッタ１４をカソード配線層２８上に形成す
る（図６（ｄ））。Next, the sublimated conductive material is deposited from above, or the entire completed structure is immersed in the molten conductive material to form the conductive material layer 46 to be the cathode wiring layer on the support substrate 12. Form. At this time, the filling layer 32 is formed mainly in the tip portion of the carbon nanotube (FIG. 6C). Next, a resist is applied to the emitter 14
The carbon nanotube layer 26 and the conductive material layer 46 are patterned by a lithographic technique according to the layout of FIG. In this way, a plurality of carbon nanotubes 16
The emitter 14 composed of is formed on the cathode wiring layer 28 (FIG. 6D).

【００７９】上述の如く、図６（ａ）〜（ｄ）図示の製
造方法によれば、充填層３２とカソード配線層２８とは
同じ材料から形成されることとなる。As described above, according to the manufacturing method shown in FIGS. 6A to 6D, the filling layer 32 and the cathode wiring layer 28 are made of the same material.

【００８０】図７（ａ）、（ｂ）は、夫々、本発明の更
に別の実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を示す概
略断面図である。これらの実施の形態は、カーボンナノ
チューブに代え、フラーレン１７を用いてエミッタ１４
を形成したことを特徴とする。図７（ａ）、（ｂ）は、
夫々図１（ｂ）及び図３（ｂ）図示の構造と対応する。FIGS. 7A and 7B are schematic sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention. In these embodiments, the fullerene 17 is used instead of the carbon nanotube to emit the emitter 14.
Is formed. 7 (a) and 7 (b)
These correspond to the structures shown in FIGS. 1B and 3B, respectively.

【００８１】フラーレンはカーボンナノチューブと同じ
く炭素の同素体で、基本的には同質のものである。特異
形状の極長のフラーレンがカーボンナノチューブとな
る。フラーレンの基本型は、図２（ｃ）図示の如く、炭
素の６員環と５員環とで構成されたＣ₆₀であり、その直
径は約０．７ｎｍである。Ｃ₆₀は、正２０面体の１２個
の５角錐になっている頂点を全て切落とすことによって
できる切頭２０面体（結果的に３２面体）の頂点の全て
にｓｐ² 軌道混成の炭素原子を置いた構造を有する。Fullerenes are allotropes of carbon as carbon nanotubes and are basically of the same quality. The extraordinary full-length fullerene forms carbon nanotubes. As shown in FIG. 2 (c), the basic type of fullerene is C ₆₀ composed of carbon 6-membered ring and carbon 5-membered ring, and its diameter is about 0.7 nm. C ₆₀ is a regular icosahedron having 12 or truncated icosahedron vertices have become 5 pyramid can by dropping all switching of (eventually 32 tetrahedral) carbon atoms of all the sp ² orbital hybridization vertices at It has a different structure.

【００８２】Ｃ₆₀以外に、炭素数が６０より多い高次フ
ラーレン、例えばＣ₇₀、Ｃ₇₆、Ｃ₈₂、Ｃ₈₄、Ｃ₉₀、
Ｃ₉₆、…、Ｃ₂₄₀ 、Ｃ₅₄₀ 、Ｃ₇₂₀ 等が実質的に無限に
存在する。但し、高次フラーレンは、オイラーの公式、
Ｆ＋Ｖ＝Ｅ＋２（Ｆ：多角形の数、Ｖ：頂点の数、Ｅ：
多角形の辺の数）、及びｐ＝ｓ＋１２（ｐ：５員環の
数、ｓ：７員環の数）を満たし、且つ炭素原子として化
学的に安定であることを条件として存在する。In addition to C ₆₀ , higher fullerenes having more than 60 carbon atoms, such as C ₇₀ , C ₇₆ , C ₈₂ , C ₈₄ , C ₉₀ ,
C ₉₆ , ..., C ₂₄₀ , C ₅₄₀ , C _720, etc. are virtually infinite. However, the higher fullerenes are Euler's formula,
F + V = E + 2 (F: number of polygons, V: number of vertices, E:
The number of sides of a polygon) and p = s + 12 (p: number of 5-membered rings, s: number of 7-membered rings) are satisfied, and the carbon atoms are chemically stable.

【００８３】また、フラーレンの内部は中空であるた
め、高次フラーレンの中に低次フラーレンが玉ねぎのよ
うに何層もつまったオニオン型のフラーレンが存在し、
これらはスーパーフラーレンと呼ばれる。スーパーフラ
ーレンにおける各層間の距離は０．３４１ｎｍとなる。
例えば、Ｃ₅₄₀ の中にＣ₂₄₀ が入り、更にその中にＣ₆₀
が入ったフラーレンはＣ₆₀＠Ｃ₂₄₀ ＠Ｃ₅₄₀ で表され
る。ここで記号「＠」は、その前に記載された分子或い
は原子が取込まれた内包フラーレンであることを示す。Further, since the inside of the fullerene is hollow, there are onion type fullerenes in which multiple layers of the low-order fullerenes are entangled like onions in the high-order fullerenes.
These are called superfullerenes. The distance between layers in the superfullerene is 0.341 nm.
For example, it contains the C ₂₄₀ in the C _540, C ₆₀ further therein
The fullerene containing is represented by C ₆₀ @C ₂₄₀ @C ₅₄₀ . Here, the symbol "@" indicates that the molecule or atom described before is an endohedral fullerene.

【００８４】また、フラーレンは、その中空の内部に金
属を取込むことができる。このような金属内包フラーレ
ンの例は、Ｌａ＠Ｃ₆₀、Ｌａ＠Ｃ₇₆、Ｌａ＠Ｃ₈₄、Ｌａ
₂ ＠Ｃ₈₀、Ｙ₂ ＠Ｃ₈₄、Ｓｃ₃ ＠Ｃ₈₂等である。更に、
フラーレンの骨格部分にＮ、Ｂ、Ｓｉ等の炭素以外の元
素を組込んだヘテロフラーレンも研究されている。Further, the fullerene can incorporate a metal inside the hollow. Examples of such metal-encapsulated fullerenes are La @ C ₆₀ , La @ C ₇₆ , La @ C ₈₄ , La.
₂ @ C ₈₀ , Y ₂ @C ₈₄ , Sc ₃ @C _82, etc. Furthermore,
Heterofullerenes in which elements other than carbon such as N, B and Si are incorporated in the skeleton of fullerenes have also been studied.

【００８５】フラーレンは、グラファイトに対してレー
ザー照射、アーク放電、抵抗加熱等を施すことにより、
炭素を気化させ、気化炭素をヘリウムガス中を通しなが
ら、冷却、反応及び凝集させ、これを収集部材で収集す
ることにより調製することができる。Fullerenes are produced by subjecting graphite to laser irradiation, arc discharge, resistance heating, etc.
It can be prepared by vaporizing carbon, allowing the vaporized carbon to pass through helium gas, cooling, reacting and aggregating, and collecting it by a collecting member.

【００８６】図７（ａ）、（ｂ）図示の電界放出型冷陰
極装置は、夫々図１（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、
（ｂ）を参照して述べた製造方法を応用して製造するこ
とができる。The field emission type cold cathode device shown in FIGS. 7A and 7B is shown in FIGS. 1A, 1B and 3A, respectively.
It can be manufactured by applying the manufacturing method described with reference to (b).

【００８７】即ち、前述の製造方法の第１例を応用する
場合は、先ず、フラーレン１７を予め別途調製及び収集
し、これを塗布、圧着、埋め込み等の方法で支持基板１
２上或いは支持基板１２及びカソード配線層２８上に供
給し、フラーレン層を形成する。また、前述の製造方法
の第２例を応用する場合は、先ず、支持基板１２或いは
カソード配線層２８の付いた支持基板１２を収集部材と
して使用し、この上にフラーレン層を形成する。次に、
レジストを塗布して、エミッタ１４のレイアウトに従っ
て、フラーレン層をリソグラフィ技術でパターニングす
る。これにより、複数のフラーレン１７からなるエミッ
タ１４を支持基板１４或いはカソード配線層２８上に形
成することができる。That is, in the case of applying the first example of the manufacturing method described above, first, the fullerene 17 is separately prepared and collected in advance, and the supporting substrate 1 is applied by a method such as coating, pressure bonding and embedding.
2 or on the support substrate 12 and the cathode wiring layer 28 to form a fullerene layer. When applying the second example of the manufacturing method described above, first, the supporting substrate 12 or the supporting substrate 12 with the cathode wiring layer 28 is used as a collecting member, and the fullerene layer is formed thereon. next,
A resist is applied and the fullerene layer is lithographically patterned according to the layout of the emitter 14. As a result, the emitter 14 including the plurality of fullerenes 17 can be formed on the support substrate 14 or the cathode wiring layer 28.

【００８８】また、図４（ａ）〜（ｃ）及び図５（ａ）
〜（ｃ）図示の如く、導電性材料層３４を用いると、フ
ラーレン１７を支持基板１４或いはカソード配線層２８
上にしっかりと固定することができる。また、図６
（ａ）〜（ｄ）図示の製造方法を応用すれば、フラレー
ン１７を収集部材から支持基板１４上に転写することが
できる。Further, FIGS. 4A to 4C and 5A.
(C) As shown in the figure, when the conductive material layer 34 is used, the fullerene 17 is supported by the support substrate 14 or the cathode wiring layer 28.
Can be firmly fixed on top. In addition, FIG.
(A) to (d) By applying the manufacturing method shown in the drawings, the fullerene 17 can be transferred from the collecting member onto the supporting substrate 14.

【００８９】図８（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示
す概略断面図である。8A to 8C are schematic sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【００９０】図８（ｃ）図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置は、図３（ｂ）図示の構造に
加えて、支持基板１２上に、絶縁膜５２を介して配設さ
れた、Ｗ等の導電性材料からなる引出し電極即ちゲート
電極５４を有する。ゲート電極５４は、カーボンナノチ
ューブ１６からなるエミッタ１４に対して間隔をおいて
対向する。As shown in FIG. 8C, the field emission type cold cathode device according to the present embodiment has the structure shown in FIG. It has an extraction electrode, that is, a gate electrode 54, made of a conductive material such as W. The gate electrode 54 faces the emitter 14 made of the carbon nanotubes 16 with a space.

【００９１】図８（ｃ）図示の電界放出型冷陰極装置は
次のような方法により製造することができる。The field emission type cold cathode device shown in FIG. 8C can be manufactured by the following method.

【００９２】先ず、支持基板１２上にパターニングされ
たカソード配線層２８を形成する。前述の如く、カソー
ド配線層２８は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ等
の導電性材料から基本的に形成される。また、支持基板
１２は、ガラス、石英、合成樹脂等の絶縁性材料や、Ｓ
ｉ等の半導体材料から基本的に形成される。First, the patterned cathode wiring layer 28 is formed on the support substrate 12. As described above, the cathode wiring layer 28 is basically formed of a conductive material such as Mo, Ta, W, Cr, Ni or Cu. The support substrate 12 is made of an insulating material such as glass, quartz, synthetic resin, or S
It is basically formed from a semiconductor material such as i.

【００９３】次に、支持基板１２及びカソード配線層２
８上にＳｉＯ₂ 、ＳｉＮ等からなる絶縁層５２を形成
し、更にその上にＷ等の導電性材料からなるゲート電極
層５６を形成する（図８（ａ））。絶縁層５２は、電子
ビーム蒸着、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法により
形成することができる。Next, the supporting substrate 12 and the cathode wiring layer 2
An insulating layer 52 made of SiO ₂ , SiN or the like is formed on the gate electrode 8, and a gate electrode layer 56 made of a conductive material such as W is further formed thereon (FIG. 8A). The insulating layer 52 can be formed by electron beam evaporation, a sputtering method, or a CVD method.

【００９４】次に、リソグラフィ技術で絶縁層５２及び
ゲート電極層５６をパターニングし、ゲート電極５４及
びゲート配線を形成する。この際、ゲート電極５４で包
囲された凹部５８内にカソード配線層２８が露出した状
態とする（図８（ｂ））。Next, the insulating layer 52 and the gate electrode layer 56 are patterned by the lithographic technique to form the gate electrode 54 and the gate wiring. At this time, the cathode wiring layer 28 is exposed in the recess 58 surrounded by the gate electrode 54 (FIG. 8B).

【００９５】次に、被処理体の主面上全体に、即ち凹部
５８内だけでなく凹部５８外にもカーボンナノチューブ
層を形成する。カーボンナノチューブ層は、予め調製し
たカーボンナノチューブを塗布、印刷等により被処理体
上に付与することもできるし、被処理体を真空処理室内
に配置し、その上にカーボンナノチューブを直接析出さ
せることもできる。次に、リソグラフィ技術でカーボン
ナノチューブ層をパターニングし、カソード配線層２８
上のみにカーボンナノチューブ１６を残してエミッタ１
４を形成する（図８（ｃ））。Next, a carbon nanotube layer is formed on the entire main surface of the object to be processed, that is, not only inside the recess 58 but also outside the recess 58. The carbon nanotube layer can be provided on the object to be treated by coating, printing or the like prepared in advance, or the object to be treated can be placed in a vacuum processing chamber and the carbon nanotubes can be directly deposited on the object. it can. Next, the carbon nanotube layer is patterned by a lithographic technique to form the cathode wiring layer 28.
Emitter 1 leaving carbon nanotubes 16 only on top
4 is formed (FIG. 8C).

【００９６】なお、本実施の形態において、カーボンナ
ノチューブに代え、フラーレン１７を用いることができ
る。この場合、図８（ｄ）図示の如く、エミッタ１４が
フラーレン１７からなる点を除いて、その構造及び製造
方法の概要は図８（ａ）〜（ｃ）を参照して説明したも
のと同様となる。In the present embodiment, fullerenes 17 can be used instead of carbon nanotubes. In this case, as shown in FIG. 8D, the structure and the manufacturing method are the same as those described with reference to FIGS. 8A to 8C, except that the emitter 14 is a fullerene 17. Becomes

【００９７】図９（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示
す概略断面図である。FIGS. 9A to 9C are schematic sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【００９８】図９（ｃ）図示の如く、この実施の形態に
係る電界放出型冷陰極装置も、図８（ｃ）図示の電界放
出型冷陰極装置と同様に、支持基板１２上に、絶縁膜６
２を介して配設された、Ｗ等の導電性材料からなる引出
し電極即ちゲート電極５４を有する。しかし、本装置
は、エミッタ１４を形成するカーボンナノチューブ１６
が部分的に絶縁膜６２に埋め込まれ、しっかりと固定さ
れている点で、図８（ｃ）図示のそれと相違する。As shown in FIG. 9C, the field emission type cold cathode device according to this embodiment is also insulated on the support substrate 12 similarly to the field emission type cold cathode device shown in FIG. 8C. Membrane 6
2 has an extraction electrode, that is, a gate electrode 54 made of a conductive material such as W, which is disposed via the electrode 2. However, the device does not use the carbon nanotubes 16 that form the emitters 14.
Is partially embedded in the insulating film 62 and is firmly fixed, which is different from that shown in FIG. 8C.

【００９９】図９（ｃ）図示の電界放出型冷陰極装置は
次のような方法により製造することができる。The field emission cold cathode device shown in FIG. 9C can be manufactured by the following method.

【０１００】先ず、支持基板１２上にパターニングされ
たカソード配線層２８を形成する。次に、支持基板１２
及びカソード配線層２８上にカーボンナノチューブ層を
形成する。カーボンナノチューブ層は、予め調製したカ
ーボンナノチューブを塗布、印刷等により被処理体上に
付与することもできるし、被処理体を真空処理室内に配
置し、その上にカーボンナノチューブを直接析出させる
こともできる。次に、リソグラフィ技術でカーボンナノ
チューブ層をパターニングし、カソード配線層２８上の
みにカーボンナノチューブ１６を残してエミッタ１４を
形成する（図９（ａ））。First, the patterned cathode wiring layer 28 is formed on the support substrate 12. Next, the support substrate 12
A carbon nanotube layer is formed on the cathode wiring layer 28. The carbon nanotube layer can be provided on the object to be treated by coating, printing or the like prepared in advance, or the object to be treated can be placed in a vacuum processing chamber and the carbon nanotubes can be directly deposited on the object. it can. Next, the carbon nanotube layer is patterned by a lithography technique to form the emitter 14 while leaving the carbon nanotubes 16 only on the cathode wiring layer 28 (FIG. 9A).

【０１０１】次に、被処理体の主面上全体に、Ｓｉ
Ｏ₂ 、ＳｉＮ等からなる絶縁層６２を、エミッタ１４の
先端が露出する程度の厚さに形成する。絶縁層６２は、
電子ビーム蒸着、スパッタリング法、或いはＣＶＤ法に
より形成することができる。絶縁層６２の厚さは、成膜
時に制御することもできるし、成膜後に僅かにエッチバ
ックして調節することもできる。例えば絶縁層６２がＳ
ｉＯ₂ からなる場合、このエッチングにはバッファード
弗酸を用いることができる。Next, on the entire main surface of the object to be processed, Si
The insulating layer 62 made of O ₂ , SiN or the like is formed to a thickness such that the tip of the emitter 14 is exposed. The insulating layer 62 is
It can be formed by electron beam evaporation, sputtering, or CVD. The thickness of the insulating layer 62 can be controlled during film formation, or can be adjusted by slightly etching back after film formation. For example, the insulating layer 62 is S
In the case of iO _2, buffered hydrofluoric acid can be used for this etching.

【０１０２】次に、被処理体の主面上全体にレジスト層
６４を形成すると共に、ゲート電極５４を形成する部分
に対応して絶縁層６２が露出するようにレジスト層６４
をパターニングする（図９（ｂ））。次に、被処理体の
主面上全体にＷ等の導電性材料からなるゲート電極層を
形成する。次に、レジスト層６４をゲート電極層の不用
な部分と共にリフトオフにより除去することにより、絶
縁膜６２上に所定のパターンのゲート電極５４及びゲー
ト配線を残すことができる（図９（ｃ））。Next, the resist layer 64 is formed on the entire main surface of the object to be processed, and the resist layer 64 is exposed so that the insulating layer 62 is exposed corresponding to the portion where the gate electrode 54 is formed.
Is patterned (FIG. 9B). Next, a gate electrode layer made of a conductive material such as W is formed on the entire main surface of the object to be processed. Next, the resist layer 64 is removed together with the unnecessary portion of the gate electrode layer by lift-off, so that the gate electrode 54 and the gate wiring having a predetermined pattern can be left on the insulating film 62 (FIG. 9C).

【０１０３】なお、図９（ｂ）図示の工程において、絶
縁層６２をエミッタ１４の高さよりも厚く形成し、エミ
ッタ１４に対応する部分に凹部６６を形成してエミッタ
の先端を露出させることができる。これにより得られる
構造は、図９（ｄ）図示のようなものとなる。ゲート電
極５４はエミッタ１４の先端よりも上に位置し、これは
引出し電極として好ましい配置となる。In the step shown in FIG. 9B, the insulating layer 62 may be formed thicker than the height of the emitter 14, and the recess 66 may be formed in a portion corresponding to the emitter 14 to expose the tip of the emitter. it can. The structure thus obtained is as shown in FIG. 9 (d). The gate electrode 54 is located above the tip of the emitter 14, which is a preferred arrangement for the extraction electrode.

【０１０４】また、本実施の形態において、カーボンナ
ノチューブに代え、フラーレン１７を用いることができ
る。この場合、エミッタ１４がフラーレン１７からなる
点を除いて、その構造及び製造方法の概要は図９（ａ）
〜（ｄ）を参照して説明したものと同様となる。In the present embodiment, fullerene 17 can be used instead of carbon nanotube. In this case, an outline of the structure and manufacturing method is shown in FIG. 9A, except that the emitter 14 is made of fullerene 17.
It is the same as that described with reference to (d).

【０１０５】図１０（ａ）は本発明の更に別の実施の形
態に係る真空マイクロ装置の一例である平板型画像表示
装置を示す断面図である。FIG. 10A is a sectional view showing a flat panel image display device which is an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.

【０１０６】図１０（ａ）図示の表示装置は、図８
（ｃ）図示の電界放出型冷陰極装置を利用して形成され
る。図１０（ａ）図示の如く、ゲート電極５４を構成す
る複数のゲートラインが紙面に平行な方向に配列され、
カソード配線層２８を構成する複数のカソードラインが
紙面に垂直な方向に配列される。各画素に対応して、複
数のエミッタ１４からなるエミッタ群がカソードライン
上に配設される。The display device shown in FIG. 10A is similar to that shown in FIG.
(C) It is formed by using the illustrated field emission cold cathode device. As shown in FIG. 10A, a plurality of gate lines forming the gate electrode 54 are arranged in a direction parallel to the paper surface,
A plurality of cathode lines forming the cathode wiring layer 28 are arranged in a direction perpendicular to the paper surface. An emitter group including a plurality of emitters 14 is arranged on the cathode line corresponding to each pixel.

【０１０７】ガラス製の支持基板１２と対向するように
ガラス製の対向基板７２が配設され、両基板１２、７２
間に真空放電空間７３が形成される。両基板１２、７２
間の間隔は、周辺のフレーム及びスペーサ７４により維
持される。支持基板１２と対向する対向基板７２の面上
には、透明な共通電極即ちアノード電極７６と、蛍光体
層７８とが配設される。A counter substrate 72 made of glass is arranged so as to face the support substrate 12 made of glass.
A vacuum discharge space 73 is formed therebetween. Both boards 12, 72
The spacing between is maintained by the peripheral frame and spacers 74. A transparent common electrode or anode electrode 76 and a phosphor layer 78 are provided on the surface of the counter substrate 72 facing the support substrate 12.

【０１０８】この平板型画像表示装置においては、ゲー
トラインとカソードラインとを介して各画素におけるゲ
ート電極５４とエミッタ１４との間の電圧を任意に設定
することにより、画素の点灯及び点滅を選択することが
できる。即ち、画素の選択は、いわゆるマトリックス駆
動により、例えば、ゲートラインを線順次に選択して所
定の電位を付与するのに同期して、カソードラインに選
択信号である所定の電位を付与することにより行なうこ
とができる。In this flat panel image display device, lighting or blinking of a pixel is selected by arbitrarily setting the voltage between the gate electrode 54 and the emitter 14 in each pixel via the gate line and the cathode line. can do. That is, the pixel selection is performed by so-called matrix driving, for example, by applying a predetermined potential as a selection signal to the cathode line in synchronization with line-sequential selection of gate lines and applying a predetermined potential. Can be done.

【０１０９】ある１つのゲートラインとある１つのカソ
ードラインとが選択され、夫々所定の電位が付与された
時、そのゲートラインとカソードラインとの交点にある
エミッタ群のみが動作する。エミッタ群より放出された
電子は、アノード電極７６に印加された電圧により引か
れ、選択されたエミッタ群に対応した位置の蛍光体層７
８に達してこれを発光させる。When one gate line and one cathode line are selected and given a predetermined potential, only the emitter group at the intersection of the gate line and the cathode line operates. The electrons emitted from the emitter group are attracted by the voltage applied to the anode electrode 76, and the phosphor layer 7 at the position corresponding to the selected emitter group.
It reaches 8 and emits light.

【０１１０】なお、図１０（ｂ）図示の如く、ゲート電
極５４を用いずに表示装置を構成することができる。図
１０（ｂ）図示の表示装置は、図３（ｂ）図示の電界放
出型冷陰極装置を利用して形成される。As shown in FIG. 10B, the display device can be constructed without using the gate electrode 54. The display device shown in FIG. 10B is formed using the field emission cold cathode device shown in FIG.

【０１１１】この平板型画像表示装置においては、ゲー
トラインに代え、対向基板７２上の透明なアノード電極
８２を構成する複数のアノードラインが紙面に平行な方
向に配列される。従って、アノードラインとカソードラ
インとを介して各画素におけるアノード電極８２とエミ
ッタ１４との間の電圧を任意に設定することにより、画
素の点灯及び点滅を選択することができる。ある１つの
アノードラインとある１つのカソードラインとが選択さ
れ、夫々所定の電位が付与された時、そのアノードライ
ンとカソードラインとの交点にあるエミッタ群のみが動
作する。In this flat panel image display device, instead of the gate lines, a plurality of anode lines forming the transparent anode electrode 82 on the counter substrate 72 are arranged in a direction parallel to the paper surface. Therefore, lighting or blinking of the pixel can be selected by arbitrarily setting the voltage between the anode electrode 82 and the emitter 14 in each pixel via the anode line and the cathode line. When a certain anode line and a certain cathode line are selected and given a predetermined potential, only the emitter group at the intersection of the anode line and the cathode line operates.

【０１１２】なお、図１０（ａ）、（ｂ）図示の表示装
置は、夫々図８（ｃ）及び図３（ｂ）図示の電界放出型
冷陰極装置を利用して形成されるが、他の実施の形態、
例えばフラーレン１７からなるエミッタ１４を有する電
界放出型冷陰極装置を利用した場合でも、同様に表示装
置を形成することができる。また、これらの電界放出型
冷陰極装置を利用して、電力変換装置例えばパワースイ
ッチング装置のような、表示装置以外の真空マイクロ装
置を形成することもできる。The display device shown in FIGS. 10A and 10B is formed by using the field emission cold cathode device shown in FIGS. 8C and 3B, respectively. Embodiment of
For example, even when the field emission type cold cathode device having the emitter 14 made of the fullerene 17 is used, the display device can be similarly formed. Further, these field emission cold cathode devices can be used to form a vacuum microdevice other than a display device, such as a power conversion device such as a power switching device.

【０１１３】図１１（ａ）、（ｂ）は本発明の更に別の
実施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を示す概略断面
図とその先端部を示す拡大概略図である。11 (a) and 11 (b) are a schematic sectional view showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention and an enlarged schematic view showing its tip.

【０１１４】この実施の形態に係る電界放出型冷陰極装
置は、支持基板１１２と、カソード配線層１１４を介し
て支持基板１１２上に配設された電子を放出するための
エミッタ１１５とを有する。各エミッタ１１５は、導電
性材料層１１６の一部からなる導電性凸部１１８と、導
電性凸部１１８の先端部に部分的に埋設された複数のカ
ーボンナノチューブ１２２とを有する。エミッタ１１５
は、電界放出型冷陰極装置の用途に応じて、複数（図で
は１つのみを示す）若しくは単数が支持基板１１２上に
配設される。The field emission type cold cathode device according to this embodiment has a supporting substrate 112 and an emitter 115 arranged on the supporting substrate 112 via a cathode wiring layer 114 for emitting electrons. Each emitter 115 has a conductive protrusion 118 formed of a part of the conductive material layer 116, and a plurality of carbon nanotubes 122 partially buried in the tip of the conductive protrusion 118. Emitter 115
According to the application of the field emission cold cathode device, a plurality (only one is shown in the figure) or a single one is arranged on the support substrate 112.

【０１１５】支持基板１１２はパイレックスガラス等の
絶縁性材料からなる。カソード配線層１１４はＩＴＯ層
等の導電性材料から基本的に形成される。導電性材料層
１１６及び導電性凸部１１８は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｓｉ、Ｎｉ、ＬａＢ₆ 、ＡｌＮ、ＧａＮ、グラファ
イト、ダイヤモンド等の導電性材料から基本的に形成さ
れる。導電性材料層１１６を用いてカソード配線を形成
する場合は、カソード配線層１１４は省略され、支持基
板１１２上に直接導電性材料層１１６が形成されること
となる。The support substrate 112 is made of an insulating material such as Pyrex glass. The cathode wiring layer 114 is basically formed of a conductive material such as an ITO layer. The conductive material layer 116 and the conductive protrusion 118 are made of Mo, Ta, W, C.
It is basically formed of a conductive material such as r, Si, Ni, LaB ₆ , AlN, GaN, graphite and diamond. When the cathode wiring is formed using the conductive material layer 116, the cathode wiring layer 114 is omitted and the conductive material layer 116 is directly formed on the support substrate 112.

【０１１６】カーボンナノチューブ１２２は、図２
（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、基本的に炭
素の６員環の連なりチューブから構成される。カーボン
ナノチューブ１２２は長さが３ｎｍ〜１０μｍで、それ
らの７０％以上は３０ｎｍ以下の直径を有する。カーボ
ンナノチューブ１２２は導電性凸部１１８と電気的な接
続がとれるように支持されていればよく、必ずしも部分
的に埋設されている必要はない。なお、図示の例では導
電性凸部１１８上にカーボンナノチューブ１２２が複数
配設されているが、カーボンナノチューブ１２２は単数
としてもよい。The carbon nanotube 122 is shown in FIG.
As described with reference to (a) and (b), it is basically composed of a continuous tube of carbon 6-membered rings. The carbon nanotubes 122 have a length of 3 nm to 10 μm, and 70% or more of them have a diameter of 30 nm or less. It suffices that the carbon nanotubes 122 be supported so that they can be electrically connected to the conductive protrusions 118, and they need not be partially buried. Although a plurality of carbon nanotubes 122 are arranged on the conductive convex portion 118 in the illustrated example, the number of the carbon nanotubes 122 may be one.

【０１１７】カーボンナノチューブ１２２は通常内部が
中空の円筒状に形成される。しかし、必要であれば、カ
ーボンナノチューブ１２２内、特にチューブの先端部内
に、図示の如く、導電性充填層１２４を配設することが
できる。充填層１２４は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｓ
ｉ、Ｎｉ、ＬａＢ₆ 、ＡｌＮ、ＧａＮ、グラファイト、
ダイヤモンド等の電子を放出することのできる導電性材
料から基本的に形成される。充填層１２４は、導電性材
料層１１６及び導電性凸部１１８と同一材料から形成す
ることも別の材料から形成することもできる。The carbon nanotube 122 is usually formed in a hollow cylindrical shape. However, if desired, a conductive fill layer 124 can be disposed within the carbon nanotubes 122, and particularly within the tip of the tube, as shown. The filling layer 124 is made of Mo, Ta, W, Cr, S.
i, Ni, LaB ₆ , AlN, GaN, graphite,
It is basically formed of a conductive material capable of emitting electrons such as diamond. The filling layer 124 can be formed of the same material as the conductive material layer 116 and the conductive convex portion 118 or a different material.

【０１１８】上記以外のカーボンナノチューブ１２２の
構造上の特徴及び調製方法は、前述のカーボンナノチュ
ーブ１６と同様である。The structural characteristics and the preparation method of the carbon nanotube 122 other than the above are the same as those of the carbon nanotube 16 described above.

【０１１９】図１３（ａ）〜（ｆ）は図１１（ａ）図示
の電界放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す図で
ある。FIGS. 13A to 13F are views showing a method of manufacturing the field emission cold cathode device shown in FIG. 11A in the order of steps.

【０１２０】先ず、例えば単結晶からなる基板の片側表
面に底部を尖らせた凹部を形成する。このような凹部を
形成する方法として、次のようなＳｉ単結晶基板の異方
性エッチングを利用する方法を用いることができる。First, a concave portion having a sharp bottom is formed on one surface of a substrate made of, for example, a single crystal. As a method of forming such a recess, the following method utilizing anisotropic etching of a Si single crystal substrate can be used.

【０１２１】先ず、モールド基板となるｐ型で（１０
０）結晶面方位のＳｉ単結晶基板１３１上に厚さ０．１
μｍのＳｉＯ₂ 熱酸化層１３２をドライ酸化法により形
成する。次に、熱酸化層１３２上にレジストをスピンコ
ート法により塗布し、レジスト層１３３を形成する（図
１３（ａ））。First, a p-type (10
0) A thickness of 0.1 on the Si single crystal substrate 131 having a crystal plane orientation.
A SiO ₂ thermal oxide layer 132 of μm is formed by a dry oxidation method. Next, a resist is applied on the thermal oxide layer 132 by spin coating to form a resist layer 133 (FIG. 13A).

【０１２２】次に、ステッパを用いて、マトリックス状
に配置された複数個の開口部１３４、例えば１μｍ角の
正方形開口部、が得られるように露光、現像等の処理を
施し、レジスト層１３３のパターニングを行う。そし
て、レジスト層１３３をマスクとして、ＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ
混合溶液により、ＳｉＯ₂ 膜のエッチングを行なう（図
１３（ｂ））。Next, a stepper is used to perform processing such as exposure and development so as to obtain a plurality of openings 134 arranged in a matrix, for example, square openings of 1 μm square, and the resist layer 133 is formed. Perform patterning. Then, using the resist layer 133 as a mask, NH ₄ F.HF
The SiO ₂ film is etched with the mixed solution (FIG. 13B).

【０１２３】レジスト層１３３の除去後、３０ｗｔ％の
ＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを行い、深さ
０．７１μｍの凹部１３５をＳｉ単結晶基板１３１上に
形成する。次に、ＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液を用いて、Ｓ
ｉＯ₂ 酸化層を除去する。ＫＯＨ水溶液によりエッチン
グされることにより、凹部１３５は（１１１）面からな
る４斜面により規定される逆ピラミッドの形状となる。After removing the resist layer 133, anisotropic etching is performed using a 30 wt% KOH aqueous solution to form a recess 135 having a depth of 0.71 μm on the Si single crystal substrate 131. Next, using a NH ₄ F / HF mixed solution, S
Remove the iO ₂ oxide layer. By being etched with a KOH aqueous solution, the recess 135 has an inverted pyramid shape defined by the four slopes of the (111) plane.

【０１２４】なお、ここで、凹部１３５が形成されたＳ
ｉ単結晶基板１３１をウエット酸化法により熱酸化し、
凹部１３５を含む全面にＳｉＯ₂ 熱酸化絶縁層を形成し
てもよい。ＳｉＯ₂ 熱酸化絶縁層を形成することによ
り、凹部１３５を鋳型として形成される導電性凸部の先
端部をより尖鋭にすることができる。In this case, the S in which the recess 135 is formed is formed.
i single crystal substrate 131 is thermally oxidized by a wet oxidation method,
A SiO ₂ thermal oxidation insulating layer may be formed on the entire surface including the recess 135. By forming the SiO ₂ thermal oxidation insulating layer, the tip of the conductive convex portion formed by using the concave portion 135 as a mold can be made sharper.

【０１２５】次に、凹部１３５の底部にカーボンナノチ
ューブ１３６を配置する（図１３（ｃ））。ここでは、
例えば、前述の如く、アノード電極（炭素源）及びカソ
ード電極（収集部材）を用いる方法により析出させたカ
ーボンナノチューブを、エタノール中に浸漬して超音波
を印加することにより、カソード電極から分離すると共
にエタノール中に分散させる。次に、このエタノールの
懸濁液を凹部１３５内へ流し込んだ後、乾燥させれば、
凹部１３５の底部にカーボンナノチューブ１３６を配置
することができる。凹部１３５の外にカーボンナノチュ
ーブが付着しても、通常差支えないが、支障のある場合
には、パターニング後、有機溶剤で除去する。Next, the carbon nanotubes 136 are arranged on the bottom of the recess 135 (FIG. 13C). here,
For example, as described above, the carbon nanotubes deposited by the method using the anode electrode (carbon source) and the cathode electrode (collecting member) are separated from the cathode electrode by immersing them in ethanol and applying ultrasonic waves. Disperse in ethanol. Next, after pouring the suspension of ethanol into the recess 135 and drying,
The carbon nanotubes 136 can be arranged at the bottom of the recess 135. It does not matter if the carbon nanotubes are attached to the outside of the recess 135, but if there is any trouble, they are removed with an organic solvent after patterning.

【０１２６】凹部１３５の底部にカーボンナノチューブ
１３６を配置する別の方法として、基板１３１の近傍に
グラファイト電極を設け、凹部１３５の底部にカーボン
ナノチューブを析出させることも可能である。この場
合、カーボンナノチューブは、凹部の上側よりも底部に
析出しやすいので都合がよい。As another method of disposing the carbon nanotubes 136 at the bottom of the recess 135, a graphite electrode may be provided near the substrate 131 and the carbon nanotubes may be deposited at the bottom of the recess 135. In this case, it is convenient because the carbon nanotubes are more likely to be deposited on the bottom than the top of the recess.

【０１２７】なお、以下の図１３（ｄ）〜（ｆ）におい
ては、図を分かりやすくするため、カーボンナノチュー
ブ１３６の図示を省略してある。In FIGS. 13D to 13F below, the carbon nanotubes 136 are not shown for the sake of clarity.

【０１２８】次に、凹部１３５内を埋めるように、Ｓｉ
単結晶基板１３１上にＷ等の導電性材料からなる導電性
材料層１３７を堆積する。導電性材料層１３７は、凹部
１３５が埋められると共に、凹部１３５以外の部分も一
様の厚さ、例えば２μｍとなるように形成する。Then, Si is filled so as to fill the recess 135.
A conductive material layer 137 made of a conductive material such as W is deposited on the single crystal substrate 131. The conductive material layer 137 is formed so that the recess 135 is filled and the portion other than the recess 135 has a uniform thickness, for example, 2 μm.

【０１２９】この導電性材料層１３７の形成に際して、
複数のカーボンナノチューブが配設された底部には導電
性材料層１３７が完全に埋め込まれない。従って、基板
１３１から分離した後、導電性凸部の先端にカーボンナ
ノチューブが一部突出した状態が得られる。When forming the conductive material layer 137,
The conductive material layer 137 is not completely embedded in the bottom portion where the plurality of carbon nanotubes are arranged. Therefore, after separation from the substrate 131, a state in which the carbon nanotubes partially protrude from the tips of the conductive protrusions is obtained.

【０１３０】更に、導電性材料層１３７上に、ＩＴＯ
層、Ｔａ等の導電性材料層１３８を同じくスパッタリン
グ法により、例えば厚さ１μｍとなるように形成する
（図１３（ｄ））。なお、この導電性材料層１３８は導
電性材料層１３７の材質によっては省くことができ、そ
の場合には導電性材料層１３７がカソード電極層を兼ね
ることとなる。Furthermore, ITO is formed on the conductive material layer 137.
A layer, a conductive material layer 138 such as Ta is formed by the same sputtering method so as to have a thickness of 1 μm, for example (FIG. 13D). The conductive material layer 138 may be omitted depending on the material of the conductive material layer 137, and in that case, the conductive material layer 137 also serves as the cathode electrode layer.

【０１３１】一方、支持基板となる、背面に厚さ０．４
μｍのＡｌ層１４２をコートしたパイレックスガラス基
板（厚さ１ｍｍ）１４１を用意する。そして、図１３
（ｅ）に示すように、ガラス基板１４１とＳｉ単結晶基
板１３１とを導電性材料層１３７、１３８を介するよう
に接着する。この接着には、例えば、静電接着法を適用
することができる。静電装着法は、冷陰極装置の軽量化
や薄型化に寄与する。On the other hand, the thickness of 0.4 on the back surface, which is a supporting substrate.
A Pyrex glass substrate (thickness 1 mm) 141 coated with an Al layer 142 of μm is prepared. And in FIG.
As shown in (e), the glass substrate 141 and the Si single crystal substrate 131 are bonded to each other with the conductive material layers 137 and 138 interposed therebetween. For this adhesion, for example, an electrostatic adhesion method can be applied. The electrostatic mounting method contributes to weight reduction and thickness reduction of the cold cathode device.

【０１３２】次に、ガラス基板１４１背面のＡｌ層１４
２を、ＨＮＯ₃ ・ＣＨ₃ ＣＯＯＨ・ＨＦの混酸溶液で除
去する。また、エチレンジアミン・ピロカテコール・ピ
ラジンから成る水溶液（エチレンジアミン：ピロカテコ
ール：ピラジン：水＝７５ｃｃ：１２ｇ：３ｍｇ：１０
ｃｃ）でＳｉ単結晶基板１３１をエッチング除去する。
このようにして、図１３（ｆ）に示すように、カーボン
ナノチューブ１３６（図示せず）及び導電性凸部１４３
を露出させる。Next, the Al layer 14 on the back surface of the glass substrate 141.
2, is removed by mixed acid solution of _{HNO 3 · CH 3 COOH · HF} . Further, an aqueous solution containing ethylenediamine / pyrocatechol / pyrazine (ethylenediamine: pyrocatechol: pyrazine: water = 75 cc: 12 g: 3 mg: 10
In cc), the Si single crystal substrate 131 is removed by etching.
Thus, as shown in FIG. 13F, the carbon nanotubes 136 (not shown) and the conductive protrusions 143 are formed.
Expose.

【０１３３】もし、カーボンナノチューブ１３６内に充
填層１２４（図１１（ｂ）参照）を配設する場合は、導
電性凸部１４３を露出させた後、昇華した導電性材料を
カーボンナノチューブ１３６の上方から堆積させるか、
完成した構造物全体を溶融した導電性材料中に浸漬させ
ることにより形成することができる。代りに、カーボン
ナノチューブ１３６を凹部１３５内に配置する前の調製
時に、昇華した導電性材料をカーボンナノチューブ１３
６の上方から堆積させるか、カーボンナノチューブ１３
６を溶融した導電性材料中に浸漬させることにより形成
することもできる。If the filling layer 124 (see FIG. 11B) is provided in the carbon nanotube 136, the conductive convex portion 143 is exposed, and then the sublimated conductive material is placed above the carbon nanotube 136. Or deposit from
It can be formed by immersing the entire completed structure in a molten conductive material. Instead, when the carbon nanotubes 136 are prepared before being placed in the recesses 135, the sublimated conductive material is replaced with the carbon nanotubes 13.
Deposited from above 6 or carbon nanotubes 13
It can also be formed by immersing 6 in a molten conductive material.

【０１３４】図１３（ａ）〜（ｆ）図示の製造方法によ
り製造された図１１（ａ）図示の電界放出型冷陰極装置
においては、エミッタ１１５の導電性凸部１１８（図１
３では符号１４３で指示）は、凹部１３５を鋳型として
形成されるため、その形状を引継いだピラミッド形状形
状となる。導電性凸部１１８の先端部には、複数のカー
ボンナノチューブ１２２（図１３（ａ）〜（ｆ）では符
号１３６で指示）が、部分的に導電性凸部１１８に埋設
された状態で支持される。In the field emission type cold cathode device shown in FIG. 11A manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 13A to 13F, the conductive protrusion 118 of the emitter 115 (see FIG. 1).
3 is indicated by the reference numeral 143), since it is formed by using the concave portion 135 as a mold, it has a pyramid shape that inherits the shape. A plurality of carbon nanotubes 122 (indicated by reference numeral 136 in FIGS. 13A to 13F) are supported at the tip of the conductive protrusion 118 while partially embedded in the conductive protrusion 118. It

【０１３５】なお、カーボンナノチューブ１２２を導電
性凸部１１８の先端部から大きく突出させたい場合は、
凹部１３５内にカーボンナノチューブを配置後、凹部１
３５の表面にＳｉＯ₂ 層をスパッタリング法で堆積す
る。次に、導電層で裏打ちし、モールド基板除去後、Ｓ
ｉＯ₂ 層のみをＮＨ₄ Ｆ・ＨＦ混合溶液により除去す
る。これにより、除去されたＳｉＯ₂ 層の分だけ、導電
性凸部１１８からのカーボンナノチューブ１２２の突出
長さは大きくなる。When it is desired to cause the carbon nanotubes 122 to largely protrude from the tips of the conductive protrusions 118,
After placing the carbon nanotubes in the recess 135, the recess 1
A SiO ₂ layer is deposited on the surface of 35 by a sputtering method. Next, after backing with a conductive layer and removing the mold substrate, S
Only the iO ₂ layer is removed by a NH ₄ F / HF mixed solution. As a result, the protruding length of the carbon nanotube 122 from the conductive protrusion 118 is increased by the amount of the removed SiO ₂ layer.

【０１３６】図１２は本発明の更に別の実施の形態に係
る電界放出型冷陰極装置を示す概略断面図である。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention.

【０１３７】図１２図示の実施の形態が図１１（ａ）図
示の実施の形態と異なる点は、導電性材料層１１６上
に、絶縁膜１２６を介して、Ｗ等の導電性材料からなる
ゲート電極１２８が配設されることにある。ゲート電極
１２８は、エミッタ１１５、即ち導電性凸部１１８及び
カーボンナノチューブ１２２対して間隔をおいて対向す
る。The embodiment shown in FIG. 12 is different from the embodiment shown in FIG. 11A in that the gate made of a conductive material such as W is formed on the conductive material layer 116 with the insulating film 126 interposed therebetween. The electrode 128 is provided. The gate electrode 128 faces the emitter 115, that is, the conductive protrusion 118 and the carbon nanotube 122 with a space therebetween.

【０１３８】図１４（ａ）〜（ｈ）は図１２図示の電界
放出型冷陰極装置の製造方法を工程順に示す図である。FIGS. 14A to 14H are views showing a method of manufacturing the field emission cold cathode device shown in FIG. 12 in the order of steps.

【０１３９】先ず、図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参
照して述べたように、モールド基板となるｐ型で（１０
０）結晶面方位のＳｉ単結晶基板１３１に、（１１１）
面からなる４斜面により規定される逆ピラミッドの形状
の凹部１３５を形成する。次に、凹部１３５が形成され
たＳｉ単結晶基板１３１をウエット酸化法により熱酸化
し、凹部１３５を含む全面にＳｉＯ₂ 熱酸化絶縁層１５
１を形成する。この時、絶縁層１５１は、基板１３１の
（１１１）面、即ち、凹部１３５の側面において厚さ約
３０ｎｍ程度となるようにする。Ｓｉ単結晶の（１０
０）面における熱酸化層の厚さは（１１１）面における
厚さと±１０％以内で一致する。従って、（１００）面
での酸化絶縁層の厚さから（１１１）面での厚さを見積
もることができる。First, as described with reference to FIGS. 13 (a), 13 (b) and 13 (c), a p-type (10
0) (111) on the Si single crystal substrate 131 having a crystal plane orientation
A recess 135 having the shape of an inverted pyramid defined by four inclined surfaces is formed. Next, the Si single crystal substrate 131 in which the recess 135 is formed is thermally oxidized by the wet oxidation method, and the SiO ₂ thermal oxidation insulating layer 15 is formed on the entire surface including the recess 135.
1 is formed. At this time, the insulating layer 151 has a thickness of about 30 nm on the (111) surface of the substrate 131, that is, the side surface of the recess 135. Si single crystal (10
The thickness of the thermal oxide layer on the (0) plane matches the thickness on the (111) plane within ± 10%. Therefore, the thickness on the (111) plane can be estimated from the thickness of the oxide insulating layer on the (100) plane.

【０１４０】絶縁層１５１形成後、前述のような方法
で、凹部１３５の底部にカーボンナノチューブ１３６を
配置する（図１４（ａ））。なお、以下の図１４（ｂ）
〜（ｈ）においては、図を分かりやすくするため、カー
ボンナノチューブ１３６の図示を省略してある。After forming the insulating layer 151, the carbon nanotubes 136 are arranged at the bottom of the recess 135 by the method described above (FIG. 14A). In addition, the following FIG. 14 (b)
In (h), the carbon nanotubes 136 are not shown for the sake of clarity.

【０１４１】次に、図１３（ｄ）の工程と同様に、凹部
１３５内を埋めるように、Ｓｉ単結晶基板１３１上にＷ
等の導電性材料からなる導電性材料層１３７を堆積す
る。更に、導電性材料層１３７上に、ＩＴＯ層等の導電
性材料層１３８を同じくスパッタリング法により形成す
る（図１４（ｂ））。Next, similar to the step of FIG. 13D, W is formed on the Si single crystal substrate 131 so as to fill the recess 135.
A conductive material layer 137 made of a conductive material such as is deposited. Further, a conductive material layer 138 such as an ITO layer is formed on the conductive material layer 137 by the same sputtering method (FIG. 14B).

【０１４２】次に、図１３（ｅ）の工程と同様に、背面
に厚さ０．４μｍのＡｌ層１４２をコートしたパイレッ
クスガラス基板（厚さ１ｍｍ）１４１を、導電性材料層
１３７、１３８を介するようにＳｉ単結晶基板１３１に
接着する（図１４（ｃ））。Next, as in the step of FIG. 13E, a Pyrex glass substrate (thickness 1 mm) 141 having a 0.4 μm thick Al layer 142 coated on its back surface and conductive material layers 137, 138 are formed. It is adhered to the Si single crystal substrate 131 so as to be interposed (FIG. 14C).

【０１４３】次に、図１３（ｆ）の工程と同様に、ガラ
ス基板１４１背面のＡｌ層１４２とＳｉ単結晶基板１３
１とをエッチング除去する。この様にして、ピラミッド
形状の導電性凸部１５２を覆うＳｉＯ₂ 熱酸化絶縁層１
５１を露出させる。Next, similar to the step of FIG. 13F, the Al layer 142 on the rear surface of the glass substrate 141 and the Si single crystal substrate 13 are formed.
1 and are removed by etching. In this way, the SiO ₂ thermal oxidation insulation layer 1 covering the pyramid-shaped conductive protrusions 152 is formed.
Expose 51.

【０１４４】次に、ゲート電極となるＷ等の導電性材料
からなる導電性材料層１５３を、厚さ約０．５μｍとな
るように、スパッタリング法により絶縁層１５１上に形
成する。その後、フォトレジストの層１５３をスピンコ
ート法により約０．９μｍ程度、即ち僅かにピラミッド
の先端が隠れる程度の厚さに塗布する（図１４
（ｅ））。Next, a conductive material layer 153 made of a conductive material such as W to be the gate electrode is formed on the insulating layer 151 by a sputtering method so as to have a thickness of about 0.5 μm. After that, a photoresist layer 153 is applied by a spin coating method to a thickness of about 0.9 μm, that is, a thickness such that the tip of the pyramid is slightly hidden (FIG. 14).
(E)).

【０１４５】更に、酸素プラズマによるドライエッチン
グを行い、ピラミッド先端部が０．７μｍほど現れるよ
うに、レジスト層１５４をエッチング除去する（図１４
（ｆ））。その後、反応性イオンエッチングにより、ピ
ラミッド先端部の導電性材料層１５３をエッチングし、
開口部１５５を形成する（図１４（ｇ））。Further, dry etching is performed by oxygen plasma, and the resist layer 154 is removed by etching so that the tip of the pyramid is exposed by about 0.7 μm (FIG. 14).
(F)). Then, the conductive material layer 153 at the tip of the pyramid is etched by reactive ion etching,
The opening 155 is formed (FIG. 14G).

【０１４６】レジスト層１５４を除去した後、ＮＨ₄ Ｆ
・ＨＦ混合溶液を用いて、絶縁層１５１を選択的に除去
する。この様にして、図１４（ｈ）に示すように、ゲー
ト電極となる導電性材料層１５３の開口部１５５内で、
カーボンナノチューブ１３６（図示せず）及び導電性凸
部１５２を露出させる。After removing the resist layer 154, NH ₄ F
-The insulating layer 151 is selectively removed using an HF mixed solution. In this way, as shown in FIG. 14H, in the opening 155 of the conductive material layer 153 to be the gate electrode,
The carbon nanotubes 136 (not shown) and the conductive protrusions 152 are exposed.

【０１４７】図１４（ａ）〜（ｈ）図示の製造方法によ
り製造された図１２図示の電界放出型冷陰極装置におい
ては、エミッタ１１５の導電性凸部１１８（図１４
（ａ）〜（ｈ）では符号１５２で指示）は、ＳｉＯ₂ 熱
酸化絶縁層１５１の形成により尖鋭化された凹部１３５
を鋳型として形成されるため、その形状を引継いだ、先
端部が尖鋭なピラミッド形状となる。導電性凸部１１８
の先端部には、複数のカーボンナノチューブ１２２（図
１４では符号１３６で指示）が、部分的に導電性凸部１
１８に埋設された状態で支持される。また、エミッタ１
１５、即ち導電性凸部１１８及びカーボンナノチューブ
１２２の周囲には、ゲート電極１２８が間隔をおいてこ
れらと対向するようになる。In the field emission type cold cathode device shown in FIG. 12 manufactured by the manufacturing method shown in FIGS. 14A to 14H, the conductive protrusion 118 of the emitter 115 (see FIG. 14).
In (a) to (h), reference numeral 152 indicates a concave portion 135 which is sharpened by the formation of the SiO ₂ thermal oxidation insulating layer 151.
Since it is formed by using as a mold, the shape is succeeded to form a pyramid shape with a sharp tip. Conductive protrusion 118
A plurality of carbon nanotubes 122 (indicated by reference numeral 136 in FIG. 14) are partially formed on the tip of each of the conductive protrusions 1.
It is supported while being embedded in 18. Also, the emitter 1
15, the gate electrode 128 is opposed to the periphery of the conductive protrusion 118 and the carbon nanotube 122 with a space.

【０１４８】図１５は本発明の更に別の実施の形態に係
る電界放出型冷陰極装置の先端部を示す拡大概略図であ
る。この実施の形態は、カーボンナノチューブに代え、
フラーレン１２３を導電性凸部１１８上に配設したこと
を特徴とする。フラーレン１２３の構造上の特徴及び調
製方法は、前述のフラーレン１７と同様である。FIG. 15 is an enlarged schematic view showing the tip of a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, instead of carbon nanotubes,
The fullerene 123 is arranged on the conductive convex portion 118. The structural characteristics and preparation method of fullerene 123 are the same as those of fullerene 17 described above.

【０１４９】図１５図示の構造は図１１（ａ）及び図１
２図示の電界放出型冷陰極装置のいずれにも適用するこ
とができる。また、これら適用例の製造方法は、図１３
（ａ）〜（ｆ）及び図１４（ａ）〜（ｈ）図示の製造方
法を実質的にそのまま利用することができる。即ち、図
１３（ｃ）及び図１４（ａ）図示の、凹部１３５の底部
にカーボンナノチューブを配置する工程において、カー
ボンナノチューブに代えてフラーレン１２３を配置する
という変更を行なうだけでよい。The structure shown in FIG. 15 is shown in FIGS.
It can be applied to any of the field emission cold cathode devices shown in FIG. In addition, the manufacturing method of these application examples is shown in FIG.
The manufacturing method illustrated in (a) to (f) and FIGS. 14 (a) to (h) can be used substantially as it is. That is, in the step of arranging the carbon nanotubes at the bottom of the recess 135 shown in FIGS. 13C and 14A, it suffices to make a change in that the fullerenes 123 are arranged in place of the carbon nanotubes.

【０１５０】図１６は本発明の更に別の実施の形態に係
る真空マイクロ装置の一例である平板型画像表示装置を
示す断面図である。FIG. 16 is a sectional view showing a flat panel image display device which is an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.

【０１５１】図１６図示の表示装置は、図１２図示の電
界放出型冷陰極装置を利用して形成される。図１６図示
の如く、ゲート電極１２８を構成する複数のゲートライ
ンが紙面に直角な方向に配列され、カソード配線層１１
６を構成する複数のカソードラインが紙面に平行な方向
に配列される。各画素に対応して、複数のエミッタ１１
５からなるエミッタ群がカソードライン上に配設され
る。The display device shown in FIG. 16 is formed by using the field emission cold cathode device shown in FIG. As shown in FIG. 16, a plurality of gate lines forming the gate electrode 128 are arranged in a direction perpendicular to the plane of the drawing, and the cathode wiring layer 11
A plurality of cathode lines forming 6 are arranged in a direction parallel to the paper surface. A plurality of emitters 11 corresponding to each pixel
An emitter group consisting of 5 is arranged on the cathode line.

【０１５２】ガラス製の支持基板１１２と対向するよう
にガラス製の対向基板１７２が配設され、両基板１１
２、１７２間に真空放電空間１７３が形成される。両基
板１１２、１７２間の間隔は、周辺のフレーム及びスペ
ーサ１７４により維持される。支持基板１１２と対向す
る対向基板１７２の面上には、透明な共通電極即ちアノ
ード電極１７６と、蛍光体層１７８とが配設される。A counter substrate 172 made of glass is arranged so as to face the support substrate 112 made of glass.
A vacuum discharge space 173 is formed between 2 and 172. The space between the substrates 112 and 172 is maintained by the peripheral frame and the spacer 174. A transparent common electrode or anode electrode 176 and a phosphor layer 178 are disposed on the surface of the counter substrate 172 facing the support substrate 112.

【０１５３】この平板型画像表示装置においては、ゲー
トラインとカソードラインとを介して各画素におけるゲ
ート電極１２８とエミッタ１１５との間の電圧を任意に
設定することにより、画素の点灯及び点滅を選択するこ
とができる。即ち、画素の選択は、いわゆるマトリック
ス駆動により、例えば、ゲートラインを線順次に選択し
て所定の電位を付与するのに同期して、カソードライン
に選択信号である所定の電位を付与することにより行な
うことができる。In this flat panel image display device, lighting or blinking of a pixel is selected by arbitrarily setting the voltage between the gate electrode 128 and the emitter 115 in each pixel via the gate line and the cathode line. can do. That is, the pixel selection is performed by so-called matrix driving, for example, by applying a predetermined potential as a selection signal to the cathode line in synchronization with line-sequential selection of gate lines and applying a predetermined potential. Can be done.

【０１５４】ある１つのゲートラインとある１つのカソ
ードラインとが選択され、夫々所定の電位が付与された
時、そのゲートラインとカソードラインとの交点にある
エミッタ群のみが動作する。エミッタ群より放出された
電子は、アノード電極１７６に印加された電圧により引
かれ、選択されたエミッタ群に対応した位置の蛍光体層
１７８に達してこれを発光させる。When a certain gate line and a certain cathode line are selected and given a predetermined potential, only the emitter group at the intersection of the gate line and the cathode line operates. The electrons emitted from the emitter group are attracted by the voltage applied to the anode electrode 176, reach the phosphor layer 178 at the position corresponding to the selected emitter group, and emit it.

【０１５５】なお、図１６図示の表示装置は、図１２図
示の電界放出型冷陰極装置を利用して形成されるが、他
の実施の形態、例えばフラーレン１２３からなるエミッ
タ１１５を有する電界放出型冷陰極装置を利用した場合
でも、同様に表示装置を形成することができる。また、
これらの電界放出型冷陰極装置を利用して、電力変換装
置例えばパワースイッチング装置のような、表示装置以
外の真空マイクロ装置を形成することもできる。The display device shown in FIG. 16 is formed by using the field emission type cold cathode device shown in FIG. 12, but another embodiment, for example, a field emission type device having an emitter 115 made of fullerene 123. Even when a cold cathode device is used, a display device can be similarly formed. Also,
These field emission cold cathode devices can also be used to form vacuum microdevices other than display devices, such as power conversion devices such as power switching devices.

【０１５６】以上、本発明を添付の図面に示す実施の形
態を参照して述べたが、本発明は、その思想の範囲にお
いて、図示の実施の形態以外の種々態様で実施すること
が可能である。Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, the present invention can be implemented in various modes other than the illustrated embodiments within the scope of the concept. is there.

【０１５７】[0157]

【発明の効果】本発明によれば、カーボンナノチューブ
或いはフラーレンを用いてエミッタを形成するため、電
界放出特性が均一で且つ低電圧駆動が可能で電界放出効
率も高い電界放出型冷陰極装置及びその製造方法を提供
することができる。また、本発明によれば、高集積化が
容易で、生産性に富み、且つ同一形状の尖鋭なエミッタ
を多数形成可能な電界放出型冷陰極装置及びその製造方
法を提供することができる。特に、カーボンナノチュー
ブを用いた場合は、エミッタのアスペクト比を高くする
ことができる。According to the present invention, since an emitter is formed by using carbon nanotubes or fullerenes, a field emission cold cathode device having uniform field emission characteristics, capable of driving at a low voltage, and high field emission efficiency, and the same. A manufacturing method can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a field emission type cold cathode device which can easily be highly integrated, has high productivity, and can form a large number of sharp emitters having the same shape, and a manufacturing method thereof. In particular, when carbon nanotubes are used, the aspect ratio of the emitter can be increased.

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

【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態に係る電
界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断面図。1A and 1B are schematic cross-sectional views showing a field emission cold cathode device according to an embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図２】（ａ）〜（ｃ）はカーボンナノチューブ及びフ
ラーレンの詳細を示す図。2A to 2C are diagrams showing details of carbon nanotubes and fullerenes.

【図３】（ａ）、（ｂ）は本発明の別の実施の形態に係
る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断面
図。3A and 3B are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図４】（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図。FIGS. 4A to 4C are schematic cross-sectional views showing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図。5A to 5C are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図６】（ａ）〜（ｄ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図。6A to 6D are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps.

【図７】（ａ）、（ｂ）は、夫々、本発明の更に別の実
施の形態に係る電界放出型冷陰極装置を示す概略断面
図。7A and 7B are schematic cross-sectional views showing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention.

【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図、（ｄ）はその変更例を示す概略断面図。8A to 8C are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, and FIG. 8D is a schematic cross-sectional view showing a modification thereof. .

【図９】（ａ）〜（ｃ）は本発明の更に別の実施の形態
に係る電界放出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断
面図、（ｄ）はその変更例を示す概略断面図。9A to 9C are schematic cross-sectional views showing a field emission type cold cathode device according to still another embodiment of the present invention in the order of manufacturing steps, and FIG. 9D is a schematic cross-sectional view showing a modification thereof. .

【図１０】（ａ）、（ｂ）は、夫々、本発明の更に別の
実施の形態に係る真空マイクロ装置の一例である平板型
画像表示装置を示す断面図。10A and 10B are cross-sectional views showing a flat panel image display device which is an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.

【図１１】（ａ）、（ｂ）は本発明の更に別の実施の形
態に係る電界放出型冷陰極装置を示す概略断面図とその
先端部を示す拡大概略図。11A and 11B are a schematic cross-sectional view showing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the present invention and an enlarged schematic view showing a tip portion thereof.

【図１２】本発明の更に別の実施の形態に係る電界放出
型冷陰極装置を示す概略断面図。FIG. 12 is a schematic sectional view showing a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the invention.

【図１３】（ａ）〜（ｆ）は図１１（ａ）図示の電界放
出型冷陰極装置を製造工程順に示す概略断面図。13A to 13F are schematic cross-sectional views showing the field emission cold cathode device shown in FIG. 11A in the order of manufacturing steps.

【図１４】（ａ）〜（ｈ）は図１２図示の電界放出型冷
陰極装置を製造工程順に示す概略断面図。14A to 14H are schematic cross-sectional views showing the field emission cold cathode device shown in FIG. 12 in the order of manufacturing steps.

【図１５】本発明の更に別の実施の形態に係る電界放出
型冷陰極装置の先端部を示す拡大概略図。FIG. 15 is an enlarged schematic view showing a tip portion of a field emission cold cathode device according to still another embodiment of the invention.

【図１６】本発明の更に別の実施の形態に係る真空マイ
クロ装置の一例である平板型画像表示装置を示す断面
図。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a flat panel image display device which is an example of a vacuum micro device according to still another embodiment of the present invention.

【図１７】（ａ）〜（ｃ）は従来の電界放出型冷陰極装
置を製造工程順に示す概略断面図。17A to 17C are schematic cross-sectional views showing a conventional field emission cold cathode device in the order of manufacturing steps.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１２…支持基板 １４…エミッタ １６…カーボンチューブ １７…フラーレン １８…グラファイトシート ２２…グラファイトシート ２６…カーボンナノチューブ層 ２８…カソード配線層 ３２…充填層 ３４…導電性材料層 ４２…カソード電極（収集部材） ４４…合成樹脂層 ４６…導電性材料層 ５２…絶縁層 ５４…ゲート電極 ６２…絶縁層 ７２…対向基板 ７３…真空放電空間 ７４…スペーサ ７６…アノード電極 ７８…蛍光体層 ８２…アノード電極 １１２…支持基板 １１４…カソード配線層 １１５…エミッタ １１６…導電性材料層 １１８…導電性凸部 １２２…カーボンナノチューブ １２３…フラーレン １２４…充填層 １２６…絶縁層 １２８…ゲート電極 １３１…Ｓｉ単結晶基板（モールド基板） １３５…凹部 １３６…カーボンナノチューブ １３７、１３８…導電性材料層 １４１…ガラス基板 １５１…酸化絶縁膜 １５３…導電性材料層 １５４…レジスト層 １５５…開口部 １７２…対向基板 １７３…真空放電空間 １７４…スペーサ １７６…アノード電極 １７８…蛍光体層 12 ... Support substrate 14 ... Emitter 16 ... Carbon tube 17 ... Fullerene 18 ... Graphite sheet 22 ... Graphite sheet 26 ... Carbon nanotube layer 28 ... Cathode wiring layer 32 ... Packed bed 34 ... Conductive material layer 42 ... Cathode electrode (collecting member) 44 ... Synthetic resin layer 46 ... Conductive material layer 52 ... Insulating layer 54 ... Gate electrode 62 ... Insulating layer 72 ... Counter substrate 73 ... Vacuum discharge space 74 ... Spacer 76 ... Anode electrode 78 ... Phosphor layer 82 ... Anode electrode 112 ... Support substrate 114 ... Cathode wiring layer 115 ... Emitter 116 ... Conductive material layer 118 ... Conductive protrusion 122 ... Carbon nanotube 123 ... Fullerene 124 ... Packed bed 126 ... Insulating layer 128 ... Gate electrode 131 ... Si single crystal substrate (molded substrate) 135 ... recess 136 ... Carbon nanotube 137, 138 ... Conductive material layer 141 ... Glass substrate 151 ... Oxide insulating film 153 ... Conductive material layer 154 ... Resist layer 155 ... Aperture 172 ... Counter substrate 173 ... Vacuum discharge space 174 ... Spacer 176 ... Anode electrode 178 ... Phosphor layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−201275（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−192604（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−11520（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−254370（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−221309（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−227806（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−188406（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−331309（ＪＰ，Ａ) 特表2000−500905（ＪＰ，Ａ) Ｗａｌｔ Ａ．ｄｅ Ｈｅｅｒ，Ａ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅ Ｆｉ ｅｌｄ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔ ｒｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ，ＳＣＩＥＮＣ Ｅ，第270巻，第5239号，ｐ．1179− 1180 遠藤守信，カーボンナノチューブの生 成、構造と物性，表面，第32巻，第５ 号，ｐ．277−283 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01J 1/304 H01J 9/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-7-201275 (JP, A) JP-A-7-192604 (JP, A) JP-A-7-11520 (JP, A) JP-A-7- 254370 (JP, A) JP 9-221309 (JP, A) JP 6-227806 (JP, A) JP 8-188406 (JP, A) JP 6-331309 (JP, A) Table 2000-500905 (JP, A) Walt A. de Heer, A Carbon Nanotube Field-Emission Electron Source, SCIENCE E, Vol. 270, No. 5239, p. 1179-1180 Morinobu Endo, Generation of Carbon Nanotubes, Structure and Properties, Surface, Volume 32, No. 5, p. 277-283 (58) Fields surveyed (Int.Cl. ⁷ , DB name) H01J 1/304 H01J 9/02

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】支持部材と、 前記支持部材上に配設され且つ電界放出効率を高めるよ
うにカーボンナノチューブを具備する電子を放出するた
めのエミッタと、 前記支持部材と協働して前記エミッタを包囲する真空放
電空間を形成する包囲部材と、 前記エミッタに対して間隔をおいて配設され且つ前記エ
ミッタとの間の電位差により前記エミッタから電子が放
出されるように配設された引出し電極と、 を具備し、 前記カーボンナノチューブは、炭素の６員環の連なりか
らなるグラファイトシートを、０．４２６ｎｍの周期を
有する方向において、円筒状に巻いた構造を有すること
と、 前記エミッタは前記支持部材に支持された導電性凸部を
具備し、前記カーボンナノチューブは前記導電性凸部の
先端部に支持されることと、 を特徴とする真空マイクロ装置。1. A support member, an emitter disposed on the support member, for emitting electrons having carbon nanotubes to enhance field emission efficiency, and the support member in cooperation with the emitter. An enclosing member that forms an enclosing vacuum discharge space, and an extraction electrode that is arranged at a distance from the emitter and is arranged so that electrons are emitted from the emitter due to a potential difference between the emitter and the emitter. The carbon nanotube has a structure in which a graphite sheet made of a series of carbon 6-membered rings is wound in a cylindrical shape in a direction having a period of 0.426 nm, and the emitter is the support member. A conductive protrusion that is supported by the carbon nanotube, the carbon nanotube being supported by the tip of the conductive protrusion. Micro devices. 【請求項２】支持部材と、 前記支持部材上に配設され且つ電界放出効率を高めるよ
うにカーボンナノチューブを具備する電子を放出するた
めのエミッタと、 前記支持部材と協働して前記エミッタを包囲する真空放
電空間を形成する包囲部材と、 前記エミッタに対して間隔をおいて配設され且つ前記エ
ミッタとの間の電位差により前記エミッタから電子が放
出されるように配設された引出し電極と、 を具備し、 前記カーボンナノチューブは、炭素の６員環の連なりか
らなるグラファイトシートを、０．７３８ｎｍの周期を
有する方向において、円筒状に巻いた構造を有すること
と、 前記エミッタは前記支持部材に支持された導電性凸部を
具備し、前記カーボンナノチューブは前記導電性凸部の
先端部に支持されることと、 を特徴とする真空マイクロ装置。2. A support member, an emitter disposed on the support member and configured to emit electrons having carbon nanotubes to enhance field emission efficiency, and the support member in cooperation with the emitter. An enclosing member that forms an enclosing vacuum discharge space, and an extraction electrode that is arranged at a distance from the emitter and is arranged so that electrons are emitted from the emitter due to a potential difference between the emitter and the emitter. The carbon nanotube has a structure in which a graphite sheet made of a series of carbon 6-membered rings is wound into a cylindrical shape in a direction having a period of 0.738 nm, and the emitter is the support member. A conductive protrusion that is supported by the carbon nanotube, the carbon nanotube being supported by the tip of the conductive protrusion. Micro devices. 【請求項３】前記エミッタが複数のカーボンナノチュー
ブを具備することを特徴とする請求項１または２に記載
の真空マイクロ装置。3. A vacuum micro device according to claim 1 or 2, characterized in that said emitter comprises a plurality of carbon nanotubes. 【請求項４】前記支持部材上に配設されたカソード配線
層を更に具備し、前記エミッタは前記カソード配線層上
に配設されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かに記載の真空マイクロ装置。Wherein comprising the supporting cathode wiring layer disposed on a member further either the emitter of claims 1 to 3, characterized in that it is arranged on the cathode wiring layer
Vacuum micro device according to any. 【請求項５】前記カソード配線層はＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ｃｕからなる群から選択された材料から形成
されることを特徴とする請求項４に記載の真空マイクロ
装置。5. The cathode wiring layer is Mo, Ta, W, C
The vacuum microdevice according to claim 4 , wherein the vacuum microdevice is formed of a material selected from the group consisting of r, Ni, and Cu. 【請求項６】前記カーボンナノチューブは部分的に前記
導電性凸部に埋設されることを特徴とする請求項１乃至
５のいずれかに記載の真空マイクロ装置。6. to claim 1, wherein the carbon nanotubes embedded in the part on the conductive projection
5. The vacuum microdevice according to any one of 5 above. 【請求項７】前記導電性凸部はＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、
Ｎｉ、Ｓｉ、ＬａＢ₆ 、ＡｌＮ、ＧａＮ、グラファイ
ト、ダイヤモンドからなる群から選択された材料から形
成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに
記載の真空マイクロ装置。7. The conductive protrusions are Mo, Ta, W, Cr,
7. The vacuum microdevice according to claim 1 , wherein the vacuum microdevice is made of a material selected from the group consisting of Ni, Si, LaB ₆ , AlN, GaN, graphite and diamond. 【請求項８】前記支持部材は合成樹脂から形成されるこ
とを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の真空
マイクロ装置。Wherein said supporting member is a vacuum micro device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it is formed from a synthetic resin. 【請求項９】前記エミッタは複数のカーボンナノチュー
ブを具備し、それ等の７０％以上は３０ｎｍ以下の直径
を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに
記載の真空マイクロ装置。Wherein said emitter comprises a plurality of carbon nanotubes, a vacuum micro device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it has 70% or more below the diameter 30nm it like. 【請求項１０】前記カーボンナノチューブの端部は炭素
の５員環、６員環、７員環を含むグラファイトシートに
より閉じられていることを特徴とする請求項１乃至９の
いずれかに記載の真空マイクロ装置。10. The end portion of the carbon nanotube is closed by a graphite sheet containing a 5-membered ring, a 6-membered ring and a 7-membered ring of carbon .
The vacuum microdevice according to any one of claims. 【請求項１１】前記エミッタを形成する前記カーボンナ
ノチューブにおいて、底部の直径に対する高さを表すア
スペクト比は、３以上で１×１０⁶ 以下であることを特
徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の真空マイ
クロ装置。11. The carbon nanotube forming the emitter has an aspect ratio representing a height with respect to a diameter of a bottom portion of 3 or more and 1 × 10 ⁶ or less, according to any one of claims 1 to 10. The vacuum microdevice according to 1. 【請求項１２】前記アスペクト比は、３以上で１×１０
³ 以下であることを特徴とする請求項１１に記載の真空
マイクロ装置。12. The aspect ratio is 3 or more and 1 × 10.
The vacuum microdevice according to claim 11 , wherein the vacuum microdevice is ³ or less. 【請求項１３】前記カーボンナノチューブ内に配設され
た、電子を放出することのできる導電性充填層を更に具
備することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに
記載の真空マイクロ装置。Wherein said disposed within the carbon nanotube, vacuum micro device according to any one of claims 1 to 12, characterized by further comprising a conductive filler layer capable of emitting electrons. 【請求項１４】前記充填層がＭｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎ
ｉ、Ｓｉ、ＬａＢ₆ 、ＡｌＮ、ＧａＮ、グラファイト、
ダイヤモンドからなる群から選択された材料から形成さ
れることを特徴とする請求項１３に記載の真空マイクロ
装置。14. The filling layer is Mo, Ta, W, Cr, N.
i, Si, LaB ₆ , AlN, GaN, graphite,
14. The vacuum microdevice according to claim 13 , wherein the vacuum microdevice is formed of a material selected from the group consisting of diamond. 【請求項１５】前記引出し電極は前記支持部材に支持さ
れたゲート電極からなることを特徴とする請求項１乃至
１４のいずれかに記載の真空マイクロ装置。15. The extraction electrode to claim 1, characterized in that it consists supported gate electrode on the support member
15. The vacuum microdevice according to any one of 14 . 【請求項１６】前記エミッタと対向する位置で前記包囲
部材上に配設されたアノード電極を更に具備することを
特徴とする請求項１５に記載の真空マイクロ装置。16. The vacuum microdevice according to claim 15 , further comprising an anode electrode disposed on the surrounding member at a position facing the emitter. 【請求項１７】前記引出し電極は前記エミッタと対向す
る位置で前記包囲部材上に配設されたアノード電極から
なることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかに記
載の真空マイクロ装置。17. The extraction electrode vacuum micro device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that an anode electrode disposed on said enclosing member at a position facing the emitter.