JP4008123B2

JP4008123B2 - 炭素系超微細冷陰極及びその作製方法

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Publication number: JP4008123B2
Application number: JP30125998A
Authority: JP
Inventors: 早紀今田; 正明平川; 村上　　裕彦; 洋幸山川
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Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1998-10-22
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: JP2000057934A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷陰極及びその作製方法に関するものである。特に、真空デバイス用途、ディスプレイ用途などに利用される炭素系超微細冷陰極（以下、冷陰極チップとも称す）及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷陰極とは、加熱することなしに電子が放出される陰極である。陰極材料としては今までＳｉチップやＭｏチップ、ダイヤモンドチップ、多結晶ダイヤモンド薄膜、あるいはカーボンナノチューブ塗布膜などが検討されてきた。
【０００３】
ＳｉチップやＭｏチップ、ダイヤモンドチップなどは、ＩＣチップなどを作製する薄膜技術を応用して、Ｓｉ、Ｍｏ、ダイヤモンドなどを円錐状やビラミッド状に加工して得られる。たとえば、J. Appl. Phys. Vol.47, No.12, p.5248(1996)に記載されているように、円錐状のＭｏをＳｉ基板上に形成する場合、まずＳｉ基板上に厚さ１μｍ程度の絶縁体の膜と厚さ０．５μｍ程度の金属ゲート膜を形成し、その上にレジスト膜を形成して直径２μｍ程度のホールパターンをリソグラフィ技術などにより作製し、直下の金属ゲート膜および絶縁体膜をエッチングし、Ｓｉ基板を露出させる。この基板を基板面の垂線を軸として回転させながら斜め方向から剥離膜の蒸着を行う。斜め方向からの蒸着により、金属ゲート膜の開口部の側面にも剥離膜が堆積する。エミッタ材料であるＭｏの堆積においては、Ｍｏ原子が自ら開口部を徐々にふさぎながらホール内に堆積するように蒸着方向を調整する。この後、剥離膜とともにホール外に堆積した余分なＭｏ膜を除去してエミッタを作製する。この方法で作製したエミッタでディスプレイ用途のものは現在１００Ｖ／μｍの電界で駆動する。
【０００４】
また、基板上一面に、プラズマＣＶＤ法、熱フィラメント法などにより多結晶ダイヤモンド薄膜を形成させてこれを冷陰極とするものは、複雑な工程はないが、プラズマＣＶＤ法では成膜中の投入パワーが非常に大きく（数ｋＷ以上）、また良質のダイヤモンド膜を必要な膜厚（数十〜百μｍ）に成長させるためには数時間から数十時間を要するため、エネルギー消費量も大きい。熱フィラメント法においては、膜質と膜厚分布がフィラメントの形状に敏感であるため、大面積化が困難である。また、いずれの方法も、突起部の密度制御、形状制御が非常に難しいため、電子放出点の高密度化も難しい。
【０００５】
また、カーボンナノチューブを電子放出源として利用する冷陰極の場合には、あらかじめカ−ボンナノチューブをアーク放電法やグラファイトへのレーザ照射法により別個に作製し、精製した後、このカーボンナノチューブを導電性の接着剤で金属基板上に固定して使用している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、既存の技術で冷陰極チップを作製するには、非常に多くの複雑なプロセスと多くの時間を必要とし、駆動電界は１００Ｖ／μｍと高く、また使用する基板自身が非常に高価であるという問題がある。
【０００７】
また、上述のような既存技術で冷陰極チップを作製した場合、最も小さいものでもチップ径は１μｍ程度である。このようなチップを用いてディスプレイを作製した場合、１ドットの映像を数個から数十個のチップで構成することになり、冷陰極チップ一つ一つの信頼性と寿命がきわめて重要になる。言い換えれば、冷陰極チッブが放電や残留ガスによりスパッタされ破損した場合、たとえそれが一つのチッブであっても画像に大きな影響を与える。
【０００８】
さらに、いずれの既存の方法も、使用可能な基板は各方法それぞれに制限があり、かつ単結晶Ｓｉ、Ｍｏなど高価なものに限られるため、実用的でないという問題があり、安価な基板を使用できる方法の開発が望まれている。
【０００９】
また、カーボンナノチューブを電子放出源として利用する場合、別に形成されたカーボンナノチューブを接着剤を用いて基板上に接着・固定する余分のプロセスを必要とするという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記のような既存技術の持つ問題点を解決するもので、高密度で微細な、また低電界で駆動できる炭素系超微細冷陰極及びその冷陰極を非常に簡単なプロセスで作製する方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、既存の技術とは異なる非常に簡単な手法で、超微細かつ高密度の電子放出源を基板表面上に作製するものである。
【００１２】
本発明の炭素系超微細冷陰極は、基板上の所定の電極形成位置に、該基板上に直接形成せしめたカーボンナノチューブを電子放出源として有するものである。このカーボンナノチューブは、電界印加型プラズマＣＶＤ法により形成されたものである。
【００１３】
本発明の炭素系超微細冷陰極の作製方法は、プラズマ源を用いて発生させたプラズマを挟むように配置した電極間に電界を形成してＣＶＤを行う電界印加型プラズマＣＶＤ法により、基板表面に反応ガスからカーボンナノチューブを形成する触媒作用を持つ金属を助剤として使用して、負電圧を印加した陰極上に載置した基板表面に、カーボンナノチューブを直接に基板表面に対して垂直に形成し、このカーボンナノチューブを電子放出源とする炭素系超微細冷陰極を得るものである。このカーボンナノチューブを形成するために、前記助剤として、高温の水素雰囲気中で触媒作用を持つ金属、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ又はこれらの金属の少なくとも２種からなる合金を利用する。これらの助剤は、例えばあらかじめ前記基板の表面上に付着された形態で利用されるか、前記カーボンナノチューブの堆積中に同時に前記基板の表面上に付着されるようにして利用されるか、又はあらかじめ前記基板中に含有された形態で利用されるのが望ましい。助剤として、超微粒子の形態を有するものを用いる場合には、この助剤を基板の表面上に一様に散布することによって利用してもよい。
【００１４】
高温の水素雰囲気中で触媒作用を持つ金属を助剤として含有する基板の場合は、その基板表面が凹凸を有するものであることが望ましく、また、基板形状は板状のみならずメッシュ状であってもワイヤ状であってもよい。
【００１５】
また、上記冷陰極作製方法に従ってカーボンナノチューブを基板上に堆積した後、この基板を真空中で高電界印加処理をして、低電界で効率よく電子を放出せしめる陰極とすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
本発明によれば、具体的には、カーボンナノチューブを、電界印加型プラズマＣＶＤ法により、基板の表面上の所定の位置に直接形成せしめて、電子放出源とするものである。電界印加型プラズマＣＶＤ法により、カーボンナノチューブを高い成長速度で基板表面上に堆積させることができる。使用しうる基板としては特に限定されないが、寿命の観点からは、炭素の拡散係数が小さい基板が好ましい。また、導電性の基板及び絶縁性の基板の両方とも用いることができるが、絶縁性の基板を用いる場合は、あらかじめカーボンナノチューブの層へ電子を注入するための電極及び電流回路を別に形成しておくか、又はカーボンナノチューブの層そのものをパターン加工して電極や電流回路に使用することも可能である。この場合は、使用可能なシート抵抗値となるまで堆積層を成長させなくてはならないが、あらかじめ電極形成した基板を用いる場合は、カーボンナノチューブは島状に点在している状態のものでもよい。基板としては、例えば、石英基板、アルミナ基板、シリコン基板、Ｍｏ基板、ＳＵＳ基板、Ｎｉ−Ｆｅ合金基板等を使用することができる。
【００１８】
本発明の方法においては、カーボンナノチューブの堆積層を形成する際に、助剤として、高温の水素雰囲気中で触媒作用を持つ金属、例えばＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、又はこれらの金属の少なくとも２種からなる合金を、例えば以下述べるような態様で使用すると、基板表面上に、炭化水素系の原料ガスから該カーボンナノチューブを容易に成長させることができる。
【００１９】
例えば、助剤が、あらかじめ基板中に含有された形態で利用される場合には、基板全体にカーボンナノチューブ又はアモルファスカーボンのウイスカーを成長させることができる。この場合、助剤の含有量により、ウイスカーの成長（堆積）密度をコントロールし、高くすることも可能であるが、基板表面に対する垂直成長の割合は低い。
【００２０】
また、助剤が、あらかじめ基板の表面上に付着された形態で利用されるか、又はカーボンナノチューブの堆積中に同時に基板の表面上に付着されるようにして利用される場合には、このように基板表面に助剤を付着させることで、カーボンナノチューブの基板に対する垂直成分を増加させることが可能となる。助剤を基板の所定の位置に付着せしめて利用する場合には、反応ガス、印加電圧などの実験条件を適切に選択することにより、マスク材などを一切用いずに、カーボンナノチューブを直接に基板表面に対して垂直に堆積させることができる。これらの条件は、例えば、マイクロ波電力：約６００Ｗ、基板温度：８００〜９００℃、反応圧力（堆積圧力）：１．３３〜２．６６×１０³ Ｐａ、反応時間（堆積時間）：約１５分、堆積中の基板側の印加電圧：−２５０Ｖである。
【００２１】
助剤の基板表面への付着方法としては、例えば、スパッタ、メッキ、有機金属化合物の塗布後焼成等の方法がある。例えば、スパッタの初期過程で成膜を止めると、基板上で助剤が島状の分布となり、ウイスカーの成長密度は小さくなるが、基板に対する垂直成長の割合が高くなる。
【００２２】
助剤が超微粒子の形態を有するものである場合、該超微粒子を基板上に一様に散布して利用するが、この際に、超微粒子の粒径や粒径分布及び散布密度を制御することで所望の特性を得ることができる。
【００２３】
また、堆積時間や触媒金属超微粒子のサイズ、分散密度を適切に設定することで、冷陰極の分散密度やサイズが制御できる。一般的には、堆積時間１０〜２０分、金属超微粒子の粒径５〜２０ｎｍである。さらに、リソグラフィ技術などを用いて、金属超微粒子の堆積位置を制御することで、冷陰極の形成位置を制御することができる。
【００２４】
さらに、本発明によれば、超微細かつ高密度の低電界駆動炭素系冷陰極を基板面上に作製することができる。具体的には、上記したように、反応ガス、印加電圧などの堆積条件を適切に選択し、カーボンナノチューブを、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、又はこれらの金属の少なくとも２種からなる合金などの触媒効果を利用して、電界印加型プラズマＣＶＤ法等のプラズマＣＶＤ法により作製するものであり、基板上に、該カーボンナノチューブを堆積せしめた後、この基板を真空中で高電界印加処理することにより、電子放出特性の経時的変動を低減すると共に、電子放出特性も向上させること、つまり効率よく低電界で電子を放出することが可能となる冷陰極が得られる。ここで、高電界印加処理は、いわゆるエージングであり、通常駆動する電界より高い電界を数分から数時間印加して処理するものであり、一般に４Ｖ／μｍ〜２０Ｖ／μｍ、好ましくは５Ｖ／μｍの電界で、好ましくは１時間処理する。低電界とは、従来の冷陰極の駆動電界（１００Ｖ／μｍ）より低い電界であり、本発明の場合、例えば１Ｖ／μｍ〜４Ｖ／μｍをいう。この方法の場合、高温水素雰囲気中で触媒作用をもつＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、又はこれらの金属の少なくとも２種からなる合金等を含む基板を使用することが好ましい。かかる基板としては、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０２、ＳＵＳ３１６などのステンレス鋼、ＮｉとＦｅを含む合金であるアンバー、パーマロイなどを使用することができ、これらは非常に安価である。
【００２５】
前記基板としては、表面に凹凸を有していてもよい板状、メッシュ状、ワイヤー状等の各種形状の基板が使用できる。基板表面に凹凸が付いている場合、冷陰極駆動の際の電界印加時に、該基板凸部の先端には電界が集中する。このため、この部分に冷電子放出源があれば、この冷電子放出源から優先的に電子放出が起こるので、同一平面上に冷電子放出源がある場合よりも、さらに駆動電圧を低減することができる。また、メッシュ状、ワイヤー状の場合は、そのサイズ、表面状態を適切に選ぶことで、上記の凹凸処理された表面を有する基板の場合と同じ効果が得られる。本発明の場合、厳密には点放出になるが、例えばディスプレイの画素のパターンと同じピッチの凸部集合体を、板状又はメッシュ状等の冷陰極基板表面に形成して、蛍光体の位置と合わせることで、微小電子銃が任意の個数で各画素に配置されることになる。
【００２６】
【実施例】
次に、本発明を実施例により図面を参照してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２７】
以下の実施例でカーボンナノチューブの形成に用いた電界印加型プラズマＣＶＤ装置の概略を図１に示す。真空室１内に陰極２及びこれと対抗してカソード電極３を配置せしめ、陰極２上には基板４が載置される。真空室１に反応ガス源（Ｈ₂、ＣＨ₄）５、排気用真空ポンプ６、マイクロ波プラズマ発生装置７を接続し、また電極にＤＣ電源８を接続するように構成されている。かかる構成をとることにより電界印加型プラズマＣＶＤ法により基板の表面にカーボンナノチューブを堆積せしめることができる。このＣＶＤ装置としては、例えば S.Yugo et al. Appl. Phys. Lett.,58(1991)1038に記載されている。
（実施例１）
あらかじめ１０〜２０ｎｍ程度の粒径のＮｉ超微粒子を真空蒸着法により堆積させた、低電気抵抗ｎタイプＳｉ基板（縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ）上に、図１の装置を用いて、電界印加型プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを作製した。反応条件としては、マイクロ波電力を６００Ｗ、基板温度を８５０℃、反応ガスとしてＣＨ₄１０％／Ｈ₂、反応圧力を２．６×１０³Ｐａ、反応時間を１５分とした。堆積中は基板側に−２５０Ｖの電圧を印加した。形成されたカーボンナノチューブは、直径が１０ｎｍから３０ｎｍ、高さが２００ｎｍから５００ｎｍの針状で、すべて基板表面に対して垂直であった（図２（Ａ））。また、超微粒子が堆積されていない部分にはカーボンナノチューブが形成されていなかった。この図２（Ａ）は、本実施例で得られた炭素系超微細冷陰極について、カーボンナノチューブの形成状態を示す走査型電子顕微鏡像（４０゜傾斜）の写真であり、図２（Ｂ）に示すように、該Ｓｉ基板表面にＮｉ微粒子を堆積する際に基板の一部（Ｘ部分）をマスキングして、Ｎｉ微粒子の堆積を排除し、基板の他の部分（Ｙ部分）にＮｉ微粒子が堆積するようにしたものである。しかし、実際にはマスキングが不十分であったため、Ｘ部分にもＮｉ微粒子が付着して、カーボンナノチューブ形成されてしまった。
【００２８】
上記Ｎｉ超微粒子の代わりにＦｅ超微粒子、Ｃｏ超微粒子又はＮｉ−Ｆｅ合金超微粒子を真空蒸着法により堆積させた該Ｓｉ基板を用い、上記と同様に処理したところ、同様のカーボンナノチューブが形成された。
【００２９】
このようにしてカーボンナノチューブを形成した基板のうち、Ｎｉ超微粒子を用いて得た基板について、この基板と、基板の上方５００μｍの位置に基板に平行になるように固定したアノードとを、２．６×１０^-5Ｐａの真空中に置き、アノードに０から２０００Ｖの正電圧をかけて電子放出特性を調べたところ、５００Ｖ（１．０Ｖ／μｍ）を過ぎると電子の放出が始まり、２０００Ｖ（４．０Ｖ／μｍ）印加時に１００μＡの放出電流が得られた（図３）。また、印加電圧２０００Ｖのまま、アノードと基板との距離を３００μｍまで近づけると（６．７Ｖ／μｍ）、１ｍＡまで放出電流が増加し、Ｉ−Ｖ特性が基板とアノードとの間の距離に依存することがわかった。
（実施例２）
低電気抵抗ｎタイプＳｉ基板（縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ）側面の周辺にこの基板を囲むように所定の大きさのＳＵＳ３０４板（厚さ０．５ｍｍ）を設置し、図１の装置を用いて、基板上に電界印加型プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブを作製した。カーボンナノチューブ形成のための助剤としてのＮｉ、Ｆｅの金属超微粒子の供給は、ＳＵＳ３０４板からカーボンナノチューブの堆積中に同時に行われる。即ち、電界により基板方向に引き込まれるイオンにより、ＳＵＳ３０４板の表面がスパッタされ、Ｓｉ基板上に再付着した粒子が助剤として働く。反応条件としては、マイクロ波電力を６００Ｗ、基板温度を８５０℃、反応ガスとしてＣＨ₄１０％／Ｈ₂、反応圧力を２．６×１０³Ｐａ、反応時間を１５分とした。堆積中は基板側に−２５０Ｖの電圧を印加した。形成されたカーボンナノチューブは、直径が１０ｎｍから３０ｎｍ、高さが２００ｎｍから５００ｎｍで、すべて基板表面に対して垂直であった。また、カーボンナノチューブの形成される場所は、基板周囲に置いたＳＵＳ３０４板の配置形状を反映していた。
【００３０】
このカーボンナノチューブを形成した基板と、基板の上方４００μｍの位置に基板に平行になるように固定したアノードとを、２．６×１０^-5Ｐａの真空中に置き、アノードに０から２０００Ｖの正電圧をかけて電子放出特性を調べたところ、８００Ｖ（２．０Ｖ／μｍ）から電子放出が始まり、２０００Ｖ（５．０Ｖ／μｍ）印加時に１２１μＡの放出電流を得た。印加電圧を２０００Ｖにして、基板とアノードとの間の距離を２５０〜５００μｍの範囲内で変動させた場合、図４に示すように、放出電流は基板とアノードとの距離に依存することがわかった。
（実施例３）
図１の装置を用い、ＳＵＳ３０４基板（縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ０．５ｍｍ）上に電界印加型プラズマＣＶＤ法によりカーボンナノチューブ、アモルファスカーボンを作製した。反応条件としては、マイクロ波電力を６００Ｗ、基板温度を８５０℃、反応ガスとしてＣＨ₄３０％／Ｈ₂、反応圧力を２．６×１０³Ｐａ、反応時間を１５分とした。堆積中は基板側に−２５０Ｖの電圧を印加した。形成された冷陰極は、直径が５０ｎｍから２００ｎｍ、長さが２００ｎｍから５００ｎｍの針状であった（図５）。ＳＵＳ基板の代わりにＮｉ−Ｆｅ合金であるアンバーを基板として用いて、上記と同様に処理して、同様の針状の超微細冷陰極が得られた。
【００３１】
上記のようにして炭素系超微細冷陰極を形成したＳＵＳ３０４基板と、該基板の上方５００μｍの位置に基板に平行になるように固定したアノードとを、２．６×１０^-5Ｐａの真空中に置き、アノードに０から２０００Ｖ以上の正電圧をかけて高電界処理による電子放出特性を調べた。図６に示すように、１１００Ｖ（２．２Ｖ／μｍ）から電子放出が始まり、１３００Ｖ（２．６Ｖ／μｍ）印加時で１０ｎＡ、２５００Ｖ（５．０Ｖ／μｍ）印加時に４６μＡの放出電流を得た。この後、この５．０Ｖ／μｍの状態に１時間保持したところ、放出電流値は４６μＡから４１３μＡに上昇した。次に、電圧を１６００Ｖ（３．２Ｖ／μｍ）まで下げると、放出電流は３００μＡになった。このことから、高電界処理前の超微細冷陰極と比べて、高電界処理した後の冷陰極はその電子放出特性が改善されており、低電界での電流値が上昇し、極めて効率よく電子が放出され得ることが分かった。このことは、基板としてＮｉ−Ｆｅ合金基板を使用した場合も同様の傾向を示した。
（実施例４）
ＳＵＳ３０４基板（縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ１ｍｍ）の表面の半分に、図７に示すように、ＷＣ製ペン型ガラス切りにより格子状に傷を付け、次いで、実施例３記載の条件・手順に従って、この基板上に電界印加型プラズマＣＶＤ法により針状の冷電子源を堆積した。
【００３２】
上記のようにして冷電子源を形成したＳＵＳ３０４基板及び対照として傷つけ処理を施さないで同様に冷陰極を形成したＳＵＳ３０４基板について、実施例１と同様の配置で、アノードとして蛍光体を塗布したＴｉＯ₂膜付きガラス基板を用いて、基板−アノード間距離５００μｍの条件で、電子放出による蛍光を観測した。その結果、傷つけ処理を施した基板の場合、傷つけ処理を施した部分からの電子放出による蛍光は２．２Ｖ／μｍから観測でき、傷つけ処理を施していない部分からの蛍光は５．０Ｖ／μｍ付近から観測された。また、対照としての全面傷付け処理なしの基板の場合、基板中央部からの電子放出による蛍光は４．０Ｖ／μｍから観測された。図７に示した溝ＡはＷＣ製ガラスペンの切り傷跡であり、基板内部の切り傷のエッジ部Ｂで電界集中が起こり、電子が放出し易くなったものであり、傷つけ処理を施していない時は、基板の周辺部で電界集中が起こっており、電子放出は周辺部の寄与が殆どであった。
（実施例５）
ＳＵＳ３０４基板（縦５ｍｍ×横５ｍｍ×厚さ１ｍｍ）上にストライプ状の凸部を形成し、上記実施例３と同じ条件で冷電子源を堆積した。この冷陰極基板を、ＴｉＯ₂膜付きガラス基板上にストライプ状に形成した蛍光体付きアノードと交差するように配置すると、２極管型電界放出ディスプレイの表示部構成となり、本発明の冷陰極はディスプレイ用途に利用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、炭素系冷陰極チップを作製するプロセスにおいて、従来のような円錐状あるいはピラミッド状チップを作製するための複数のプロセスを不要にし、従来の冷陰極チップの寸法の１００分の１程度（直径：数１０ｎｍ程度）の炭素系超微細冷陰極チップをも高密度で作製することができると共に、低電圧駆動冷陰極チップを非常に高密度で作製することができる。
【００３４】
本発明において助剤を基板上に付着せしめた場合は特に、カーボンナノチューブが基板に対して垂直に形成され易いので、電界集中が非常に効率よく起こり、数Ｖ／μｍという、従来の技術と比較して２桁低い電界で駆動できる低電界駆動冷陰極が作製できる。
【００３５】
また、本発明によれば、基板として、高温水素雰囲気中で触媒作用を持つＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ又はこれらの金属の少なくとも２種の合金などを含むもの、例えぱステンレス鋼、Ｎｉ−Ｆｅ合金からなる基板を用いることができ、これらの基板は非常に安価で取り扱いも容易である。また、かかる基板を用いる場合、表面に凹凸を有する板状基板や、メッシュ状、ワイヤ状の基板を用いて基板上に冷電子源を形成せしめれば、駆動時の電界集中がより効果的に起こり、駆動電圧が低減される冷陰極が作製できる。
【００３６】
本発明の上述の特徴の複合的な効果により、従来の冷陰極と比較して、長寿命の低電界駆動炭素系超微細冷陰極が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１〜３で使用する電界印加型プラズマＣＶＤ装置の概略を示す側面図。
【図２】（Ａ）実施例１で得られた炭素系超微細冷陰極について、カーボンナノチューブの形成状態を示す走査型電子顕微鏡像（４０゜傾斜）の写真。
（Ｂ）図２（Ａ）の写真のカーボンナノチューブの形成位置を説明するための基板の模式的平面図。
【図３】実施例１で得られた炭素系冷陰極形成基板について、Ｉ−Ｖ特性の基板−アノード間距離依存性を示すグラフ。
【図４】実施例２で得られた炭素系冷陰極形成基板について、基板−アノード間距離と放出電流との関係を示すグラフ。
【図５】実施例３で得られた炭素系超微細冷陰極について、カーボンナノチューブの形成状態を示す走査型電子顕微鏡像（４０゜傾斜）の写真。
【図６】実施例３で得られた高電界処理された炭素系冷陰極形成基板について、印加電界と放出電流との関係を示すグラフ。
【図７】実施例４で用いた切り傷付き基板の表面状態を示す走査型電子顕微鏡像の写真。

Claims

プラズマ源を用いて発生させたプラズマを挟むように配置した電極間に電界を形成してＣＶＤを行う電界印加型プラズマＣＶＤ法により、基板表面に反応ガスからカーボンナノチューブを形成する触媒作用を持つ金属を助剤として使用して、負電圧を印加した陰極上に載置した基板表面に、カーボンナノチューブを直接に基板表面に対して垂直に形成し、このカーボンナノチューブを電子放出源とすることを特徴とする炭素系超微細冷陰極の作製方法。
前記助剤が、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ又はこれらの金属の少なくとも２種からなる合金であることを特徴とする請求項１記載の炭素系超微細冷陰極の作製方法。
前記助剤が、あらかじめ前記基板の表面上に付着された形態で利用されるか、又は前記カーボンナノチューブの形成中に同時に前記基板の表面上に付着されるようにして利用されることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素系超微細冷陰極の作製方法。
前記助剤が超微粒子の形態を有するものであり、該超微粒子が前記基板の表面上に一様に散布することによって利用されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭素系超微細冷陰極の作製方法。
前記基板が、前記助剤を含有したものであることを特徴とする請求項１又は２記載の炭素系超微細冷陰極の作製方法。
前記基板が、あらかじめ表面に格子状の傷を付けたものであることを特徴とする請求項５記載の炭素系超微細冷陰極の作製方法。
前記カーボンナノチューブの形成後、真空中で高電界印加処理を行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の炭素系超微細冷陰極の作製方法。
請求項１〜７のいずれかの方法で作製したことを特徴とする炭素系超微細冷陰極。