场致发射装置及其制造方法

专利名称：场致发射装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及可有效地使电场集中放出电子从而采用低驱动电压实现高发 射电流密度的场致发射装置及其制造方法。
背景技术：
现有技术中，巳提出多种利用碳纳米管的电子装置。这种技术已在后述 的文献中公开。
专利文献1中，公开了一种技术，其是在基板上设置带开孔的膜片，然 后供给催化剂物质使其负载于基板上，由此生长而形成碳纳米管。
因此，可以考虑，把带空孔的导体作为栅极层、导体基板作为阴极层、 碳纳米管作为发射极利用，从而能够形成场致发射装置。
现有技术中，在利用碳纳米管的场致发射装置中，为了支撑碳纳米管本 身，通常使其直径变粗。
专利文献1 JP特开2006—035379号公报

发明内容
但是，当用粗的碳纳米管作为发射极时，电场集中的程度变低，驱动电 压变高，另外，作为发射极的碳纳米管的安装密度低，每根碳纳米管的电流 量增加，因此，碳纳米管本身被破坏的可能性增高，从而必需更加增粗碳纳 米管，也就陷入了恶性循环。
另一方面，采用专利文献1中公开的技术，由于能够形成细的碳纳米管， 因而可以有效引起电场集中，但是，从发射极放出的电子量往往较少。
因此，强烈寻求利用细碳纳米管有效引起电场集中并且也尽可能多地放 出电子量。
本发明是为了解决上述课题而作出的发明，其目的是提供一种可有效使 电场集中放出电子从而采用低驱动电压实现高发射电流密度的场致发射装置 及其制造方法。作为本发明的一个方面的场致发射装置，其包括由导电体构成的阴极层、 在阴极层上配置的绝缘层、绝缘层上配置的设置了狭缝的导电体构成的栅极 层、发射极，并以如下述方式构成。
艮口，绝缘层设置有从该狭缝至阴极层中与该狭缝相对的对向区域的空隙。 另一方面，发射极由该对向区域上配置的多根碳纳米管络合而成的结构 体所构成。
另外，本发明的场致发射装置，可构成为，该多根碳纳米管的一部分或 全部，从该对向区域向该狭缝延伸，该结构体的大致形状为山脉状、刷子状、 树列状、或带形草坪状。
另外，本发明的场致发射装置，可构成为，该碳纳米管为单层碳纳米管、
2层碳纳米管或3层碳纳米管。
另外，本发明的场致发射装置，可构成为，该狭缝的宽度为0.1 um 3 u m，该狭缝的长度为10 u m 500 P m，该绝缘层的厚度为0.03 u m 10 u m， 该碳纳米管的直径为0.4nm 10nm，该碳纳米管在该对向区域上的数量密度 为每1^1112是102根 105根。
另外，在本发明的场致发射装置，可构成为，该狭缝平行设置有多个， 该多个狭缝的间隔为lum 1000um。
另外，本发明的场致发射装置，可构成为，在发射极与阴极层之间，还 具有促进该碳纳米管生长的催化剂层，为了抑制该催化剂层与该阴极层的合 金化，还具有负载该催化剂层的催化剂载体层。
另外，本发明的场致发射装置，可以如下述方式构成。
艮口，阴极层，由Mo、 W、 Ta、 MoW、 MoTa、 Cr、其他金属或合金、TaSix、 MoSix、 WSix、 CrSix、其他金属硅化物、TiN、 TaN、其他金属氮化物、n型 或p型的掺杂多晶硅形成的单层结构形成。或者，由这些单层结构与Al或 Cu的层压结构形成或由这些单层结构与Al或Cu的包层结构形成。
另外，栅极层，由Mo、 W、 Ta、 MoW、 MoTa、 Cr、其他金属或合金、 TaSix、 MoSix、 WSix、 CrSix、其他金属硅化物、TiN、 TaN、其他金属氮化物 形成的单层结构形成。或者，由对n型或p型的掺杂多晶硅的一部分进行硅 化而成的积层结构形成。
另夕卜，催化剂载体层由含Si、 Al、 Mg、 O、 N、 C中的任何一种以上的元素的物质形成。
另外，催化剂层由钴、铁、镍、钼、或含这些的混合物形成。
另外，绝缘层由SiO,、 SiOxNy、 SiK的单层结构或这些的积层结构形成。
本发明的另一方面的场致发射装置的制造方法，具有阴极层成膜工序、 绝缘层成膜工序、栅极层成膜工序、狭缝工序、空隙工序、发射极形成工序，
如下述方式构成。
艮口，在阴极层成膜工序，在基板上形成由导电体构成的阴极层的膜。 另外，在绝缘层成膜工序，在成膜的阴极层上形成由绝缘体构成的绝缘
层的膜。
另外，在栅极层成膜工序，在成膜的绝缘层上形成由导电体构成的栅极
层的膜。
另外，在狭缝工序，在成膜的栅极层上设置狭缝。
另外，在空隙工序，通过设置的狭缝除去绝缘层而设置空隙，以使阴极 层的与该狭缝相对向的对向区域露出。
另外，在发射极形成工序，在该对向区域上，形成由多根碳纳米管络合 而成的结构体所构成的发射极。
另外，本发明的场致发射装置的制造方法，可构成为，在发射极形成工 序，该多根碳纳米管的一部分或全部，从该对向区域向该狭缝延伸，该结构 体的大致形状为山脉状、刷子状、树列状、或带形草坪状。
另外，本发明的场致发射装置的制造方法，可构成为，该碳纳米管由供 给碳的化学气相生长法形成，设定该碳源的供给浓度及供给时间使该碳纳米
管为单层碳纳米管、2层碳纳米管或3层碳纳米管。
另外，本发明的场致发射装置的制造方法，可构成为，该狭缝的宽度为 0.1pm 3um，该狭缝的长度为10um 500um，该绝缘层的厚度为0.03 um 10um，该碳纳米管的直径为0.4nm 10nm，该碳纳米管在该对向区域 上的数量密度为每1 u 1112是102根 105根。
另外，本发明的场致发射装置的制造方法，可构成为，该狭缝平行设置 有多个，该多个狭缝的间隔为lum 1000um。
另外，本发明的场致发射装置制造方法，可构成为，该狭缝，是通过在 该栅极层上形成保护膜层，通过平板印刷(lithography)、压型(stamp)、
8刻痕(scratch)或形成龟裂，在该保护膜层上形成图案，通过该图案，蚀刻 该栅极层而形成。
另外，本发明的场致发射装置的制造方法，还具有催化剂载体层工序、 催化剂层工序，如下述方式构成。
艮P，在催化剂载体层工序中，在该对向区域露出后，通过该狭缝，在该 对向区域上形成催化剂载体层。
另外，在催化剂层工序，通过该狭缝，在该催化剂载体层上形成促进该 碳纳米管生长的催化剂层，使负载在该催化剂载体层上。
由此，催化剂载体层抑制该催化剂层与该阴极层的合金化。
另外，本发明的场致发射装置的制造方法，可构成为，阴极层与栅极层 采用供给钼的溅射法形成，催化剂载体层采用供给氧化铝的溅射法形成，催 化剂层采用供给钴的溅射法形成，绝缘层采用供给氧化硅的化学气相生长法 形成。
按照本发明，能够提供一种可有效地使电场集中放出电子从而采用低驱 动电压实现高发射电流密度的场致发射装置及其制造方法。


图1是表示本发明一实施方式的场致发射装置的形状的立体图。 图2是该场致发射装置的剖面图。
图3A是表示制造场致发射装置过程中的步骤(a)的剖面图。 图3B是表示制造场致发射装置过程中的步骤(b)的剖面图。 图3C是表示制造场致发射装置过程中的步骤(c)的剖面图。 图3D是表示制造场致发射装置过程中的步骤(d)的剖面图。 图3E是表示制造场致发射装置过程中的步骤(e)的剖面图。 图3F是表示制造场致发射装置过程中的步骤(f)的剖面图。 图3G是表示制造场致发射装置过程中的步骤(g)的剖面图。 图3H是表示制造场致发射装置过程中的步骤(h)的剖面图。 图3I是表示制造场致发射装置过程中的步骤(i)的剖面图。 图3J是表示制造场致发射装置过程中的步骤(j)的剖面图。 图3K是表示制造场致发射装置过程中的步骤(k)的剖面图。图3L是表示制造场致发射装置过程中的步骤(1)的剖面图。
图4是表示场致发射装置的样品A的电子显微镜照片的说明图。
图5是表示场致发射装置的样品B的电子显微镜照片的说明图。
图6是表示场致发射装置的样品C的电子显微镜照片的说明图。
图7是表示场致发射装置的样品D的电子显微镜照片的说明图。
图8是表示场致发射装置的样品A D的栅极电压与发射极(阳极)的
电流密度的关系的图。
图9是表示场致发射装置的样品A C用作场致发射显示器的发光状态
的说明图。
图10是表示场致发射装置的样品B、样品E中的栅极电压与发射极(阳 极)的电流密度的关系的图。
具体实施例方式
下面说明本发明的实施方式。下面说明的实施方式是用于说明本发明， 而不是限定本发明的范围。因此，只要是本领域技术人员，就能够采用对这 些各要素或全部要素进行了等同替代的实施方式，从而这些实施方式也包含 在本发明的范围内。
实施例1
图1是表示本发明一实施方式的场致发射装置的形状的立体图，图2是 该场致发射装置的剖面图。下面参照这些图进行说明。
如这些图所示，场致发射装置101具有阴极层102、绝缘层103、栅极层 104、发射极105。
阴极层102及栅极层104具有由钼等导电体构成的薄膜平板状的形状， 两者间夹持由氧化硅等绝缘体构成的绝缘层103。
当用钼等作为阴极层102时，通常在带氧化膜的硅基板或玻璃板等基板 121上形成导电体薄膜。但是，作为阴极层102也可使用具有导电性的掺杂
硅基板本身。
在栅极层104上设置狭缝106，从该狭缝106至阴极层102之间的绝缘 层103上设置空隙107。空隙107的形状，为了容易理解，在该图中描绘成了斜面状(以下，与 此同样)，但是，通常也可构成为以狭缝106为中心形成半圆柱状、半圆锥 状(鱼糕状)、长方体状等形状。这些形状，可通过蚀刻中采用的方法及其 条件加以适当选择。
发射极105，由多根碳纳米管络合而成的结构体所构成，该碳纳米管是 单层碳纳米管、2层碳纳米管或3层碳纳米管等细的结构。
该发射极105，配置在阴极层102中相对空隙107露出的处于与狭缝106 相对向的对向区域108上。其大致形状是，细碳纳米管互相支撑并且其突端 的-部分象荆棘一样向外部突出。
典型地说，是把阴极层102表面视为平原时的山脉状，或是把阴极层102 表面视为平地时的生长出的树列状或带形草坪状，或是刷子的毛部分在平面 上带状生长的形状。下面，把这些形状、结构称作"荊棘状结构"。在本图 中，表示出该荊棘状结构的大致形状为山脉状。
在该图中，狭缝106仅示出1个，但是，当在场致发射装置101用作场 致发射显示器(Field Emission Display)用元件时，平行地等间隔(例如，1 um 1000Pm间隔)配置多个同样宽度(例如，0.1um 3um)、同样长 度(例如，10um 500um)的狭缝106，荊棘结构的碳纳米管形成的发射 极105从分别与该狭缝106对向的对向区域108向狭缝106的方向延伸。
绝缘层103的厚度，典型地为0.03um 10um，构成发射极105的碳纳 米管为单层 3层，其直径典型地为0.4nm 10nm。另外，该碳纳米管在该 对向区域上的数量密度为每1 un^是102根 105根。
为了使构成发射极105的碳纳米管以上述数量密度生长，在发射极105 与阴极层102之间配置由钼、钴、铁或镍等过渡金属构成的催化剂层112。 作为催化剂层112中使用的催化剂，钴一钼或铁一钼的二元体系是特别有效 的，但不限于此，还可以采用含上述过渡金属的混合物。
另外，为了抑制催化剂层112与阴极层102的合金化，以及为了负载该 催化剂层112，配置催化剂载体层lll。
催化剂载体层111，由含有Si、 Al、 Mg、 O、 N、 C中的任何一种以上 元素的物质形成，例如，由A1(X或铝硅酸盐(A10x及SiC^的复合氧化物) 等形成。
ii现有技术的场致发射装置中，在栅极层上形成圆孔，使多根碳纳米管向 着该孔竖立，制成发射极。由此，由于碳纳米管直径变粗，电场集中效率变 差，驱动电压升高，为此必需更加增粗碳纳米管直径，从而陷入恶性循环。
在本实施方式中，由于细碳纳米管互相络合、支撑，向着狭缝106形成 荊棘状结构，因此，能够使发射极105的各前端变细，形成极尖锐的尖端。 因此，可有效地谋求电场集中，例如，用作FED时，可降低驱动电压。
另外，形成发射极105的碳纳米管，通过使催化剂层112以适当的密度 分布，在短时间(典型的为几秒左右)内自行进行有组织性地排列生长，因 此，制造容易。
另外，在现有技术的场致发射装置中，为了于栅极层上设置圆孔，不得 不使用平版印刷(l池ogmphy)等昂贵的图案形成技术，在本实施方式中， 在形成狭缝106时，当然可用平版印刷，但也可采用压型(stamp)、刻痕 (scratch)或形成龟裂等机械图案形成技术，可降低制造成本。与在现有技术中提出的在栅极层上形成孔并在其下以点状配置发射极的 方法相比，本实施方式中，通过在栅极层104上形成狭缝106并在其下以直 线状配置发射极105，可大大提高发射极105的安装密度。因此，其结果是， 可大大提高发射电流。通过实验可知，发射极105的安装密度，至少能够提 高2位数左右。
在本实施方式中，采用可有效引起电场集中的细碳纳米管构成发射极 105，因而能够以直线状配置发射极105。现有技术中的粗碳纳米管，由于电 场集中不充分，不适于直线状配置。
下面，对一例本实施方式的场致发射装置101的制造方法，进行详细说 明。以下所示的各种数值规格，可根据用途加以适当变更、调整。
图3A 图3L是表示制造场致发射装置101的过程中的步骤(a) (1) 的剖面图。下面参照该图进行说明。
首先，在步骤(a)，作为为了形成场致发射装置IOI的基板121，准备 玻璃板或带氧化膜的硅基板(图3A)。
接下来，在步骤(b)，在该基板121上，用溅射法使钼形成约100nm 厚的膜，形成阴极层102 (图3B)。
接下来，在步骤(c)，用CVD法使氧化硅形成l"m厚的膜，形成绝缘层103 (图3C)。
接下来，在步骤(d)，用溅射法使钼形成约100nm厚的膜，形成栅极 层104 (图3D)。
接下来，在步骤(e)，涂布用于形成图案的保护膜，形成保护膜层301 (图3E)，在步骤(f)，采用电子束蚀刻法或光刻法(photol池ography) 等，在保护膜层301上形成图案302 (图3F)。
通常，狭缝106为多个时，相应地图案302也为多个。图案302的狭缝 宽度，在本实施方式中为0.1um 0.5um，图案302的彼此间隔为5 u m， 但在该图中，仅显示图案302为l个的状态。
接下来，在步骤(g)，采用磷酸、醋酸、硝酸的混合液，进行栅极层 104的蚀刻，形成狭缝106 (图3G)。
在狭缝106的形成中，除实施从保护膜层301的涂布至蚀刻为止的处理 外，如上所述，还可以采用压型或刻痕等机械的成图方法。
接下来，在步骤(h)，采用氢氟酸水溶液，进行绝缘层103的蚀刻，形 成空隙107 (图3H)。
接下来，在步骤(i)，用溅射法使氧化铝形成约10nm厚的膜，在阴极 层102相对空隙107露出的对向区域108上，形成催化剂载体层lll(图31)。 此时，在保护膜层301上，也形成相同厚度的氧化铝层303。
然后，在步骤(j)，采用剥离液剥离保护膜层301及保护膜层301上的 氧化铝层303 (图3J)。
接下来，在步骤(k)，通过狭缝106，用溅射法供给钴，在催化剂载体 层lll的表面形成厚度lnm的膜，形成催化剂层112 (图3K)。
催化剂载体层111，能防止催化剂层112与阴极层102合金化，并且在 催化剂层112上生长碳纳米管时具有进一步促进其生长的作用。
在栅极层104上也形成有催化剂层，由于在其间不存在催化剂载体层， 故该催化剂层与栅极层104发生合金化。因此，即使催化剂层在栅极层104 上进行了形成，也能丧失其作用。
其中，保护膜层301及氧化铝层303的剥离以及催化剂层112的形成的 顺序可以更换。
然后，在步骤(1)，采用供给乙醇等碳源的CVD处理，从催化剂层112使碳纳米管生长，形成发射极105 (图3L)。作为驱动CVD装置的条件的 例子，可以举出，在催化剂还原时，在气压20托里拆利(约2670Pa)、气 温800。C下最大供给10分钟氢气与氩气的混合体；在碳纳米管生长时，在气 压30托里拆利(约4000Pa)、气温800。C下最大供给1分钟乙醇与氩气的混合体。
由此，可以制造场致发射装置101。上述制造条件，可以进行变更，其 各种变形例也包含在本发明范围内。
例如，各构件的材料可考虑采用以下的方案。
首先，作为阴极层102或栅极层104，可以采用Mo、 W、 Ta、 MoW、 MoTa、 Cr等金属或合金；n型或p型的掺杂多晶硅；TaSix、 MoSix、 WSix、 CrSix等金属硅化物；TiN、 TaN等金属氮化物。该两层，也可采用不同的材料。
其次，作为阴极层102，典型的是采用上述材料的单层结构，但当面板 (panel)大型化而电阻成为问题时，也可采用低温工艺制造场致发射装置 101。此时，作为阴极层102，也可采用上述相同的材料与Al或Cu的积层结 构，或上述相同的材料与Al或Cu的包层结构。所谓"包层结构"，是指用 上述材料被覆Al或Cu的表面而赋予耐药品性等的结构。
另外，作为栅极层104，也可使用对多晶硅的一部分进行硅化而成的物 质。这是由于在为了形成催化剂层112而散布Co、 Ni、 Mo、 Fe等时，栅 极的硅的一部分会变成CoSix、 NiSix、 MoSix、 FeSix，从而电阻降低。
由此，当采用多晶硅形成栅极层104时，在形成催化剂层112时产生自 对准(self align)，因此，栅极层104必然形成与硅化物的积层结构。此时， 具有能够谋求低电阻的优点，根据面板尺寸，栅极层104也可不制成整体为 一张的层状而通过组合构件与配线来构成。
此外，作为绝缘层103，不仅可采用如上述的Si(X而且也可采用SiOxNy、 SiNx或这些的积层结构等的含有Si、 C、 O、 N中的任何一种以上的元素的绝 缘体。
实验例
下面，对通过实验确定的采用各种制造条件制造的场致发射装置101的性能的结果进行说明。实验，通过制造A E5种场致发射装置101来进行。
在场致发射装置101的栅极层104上，在2mmX2mm区域上，配置宽 0.5 um、间隔5pm、长度约0.5mm的狭缝106。
用氧化硅形成的绝缘层103的厚度为1 y m，用钼形成的栅极层104的厚 度为120nm，用氧化铝形成的催化剂载体层111的厚度为10nm，催化剂层 U2使用钴。
A E5种场致发射装置的各规格如下所示。 (样品A)阴极层102为硅基板，催化剂层112的厚度为lnm， CVD时 间15秒，CVD温度700。C。
(样品B)阴极层102为硅基板，催化剂层112的厚度为lnm， CVD时 间5秒，CVD温度800 °C。
(样品C)阴极层102为硅基板，催化剂层112的厚度为1.2nm， CVD 时间5秒，CVD温度800°C 。
(样品D)阴极层102为硅基板，催化剂层112的厚度为lnm， CVD时 间15秒，CVD温度800。C。
(样品E)阴极层102为带氧化膜的硅基板上形成厚度140 nm的钼膜， 催化剂层112的厚度为lnm， CVD时间5秒，CVD温度800°C。
图4、图5、图6、图7是表示用上述各规格制造的场致发射装置101的 电子显微镜照片的说明图。下面，参照该图进行说明。图4、图5、图6、图 7分别表示样品A、 B、 C、 D。
如这些照片所示，碳纳米管互相络合形成荊棘状结构，其外形为刷子状、 山脉状、草坪状或树列状等形状。
另夕卜，特别是从图6、图7可知，空隙107的形状为以狭缝106为中心 轴而形成的半圆柱状或半圆锥状(鱼糕状)。
图8是表示样品A D的栅极电压与发射极(阳极)的电流密度之间的 关系的图。下面参照该图进行说明。该图橫轴为阴极层102与栅极层104之 间施加的栅极电压(Gate Voltage)，纵轴为从发射极105放出电子而流动的 阳极电流密度(Anode Current Density)。
从该图可知，样品A及样品B与样品C及样品D相比，作为场致发射 装置的性能高。另外，在样品B中，相对于栅极电压70V，可以得到阳极电流密度 lmA/cm1勺优良数值。
图9是表示样品A C用作场致发射显示器的发光状态的说明图。下面参 照该图进行说明。
如该图所示，对样品A施加25V及对样品B施加20V时，同样地开始 发光，特别是样品B可以见到良好的发光现象。
图IO是表示样品B、样品E中的栅极电压与发射极(阳极)的电流密度 之间的关系的图。下面，参照该图进行说明。该图表示，阴极层102与栅极 层104之间施加的栅极电压(Gate Voltage)(橫轴)与从发射极105放出电 子而流动的阳极电流密度(Anode Current Density)(纵轴)之间的关系。
在本实验中，栅极层104与阳极电极之间的间隔为150^m、栅极电压在 0V 70V之间变化，阳极电压(阴极层102与阳极电极之间的电压)为300V， 真空度为1X10—5Pa。
当比较本图所示的例子与样品B时，发射开始电压降低至15V，并且相 同栅极电压时的阳极电流密度提高。
因此，本实施例的场致发射装置IOI的性能良好，可通过该实验获知。
另夕卜，本申请主张以2008年3月31日在日本国提出的发明专利申请JP 特愿2008—089078号为基础的优先权，在申请国法令允许的范围内，该基础 申请的内容全部包括在本申请内。
工业实用性
按照本发明，能够提供一种可有效使电场集中放出电子从而采用低驱动 电压实现高发射电流密度的场致发射装置及其制造方法。
权利要求
1.一种场致发射装置(101)，其特征在于，具有由导电体构成的阴极层(102)、在上述阴极层(102)上配置的绝缘层(103)、上述绝缘层(103)上配置的由设置有狭缝(106)的导电体构成的栅极层(104)，其中，上述绝缘层(103)设置有从该狭缝(106)至上述阴极层(102)中与该狭缝(106)相对向的对向区域(108)的空隙(107)，并且，还具有由在该对向区域(108)上配置的多根碳纳米管络合而成的结构体构成的发射极(105)。
2. 按照权利要求1所述的场致发射装置(101)，其特征在于， 该多根碳纳米管的一部分或全部，从该对向区域(108)向该狭缝(106)延伸，该结构体的大致形状为山脉状、刷子状、树列状或带形草坪状。
3. 按照权利要求1所述的场致发射装置(101)，其特征在于，该碳纳 米管为单层碳纳米管、2层碳纳米管或3层碳纳米管。
4. 按照权利要求3所述的场致发射装置(101)，其特征在于， 该狭缝(106)的宽度为0.1um 3um，该狭缝(106)的长度为10um 500um， 该绝缘层(103)的厚度为0.03um 10um, 该碳纳米管的直径为0.4nm 10nm，该碳纳米管在该对向区域(108)上的数量密度为每1 y r^是102根 105根。
5. 按照权利要求4所述的场致发射装置(101)，其特征在于， 该狭缝(106)平行设置有多个，该多个狭缝(106)的间隔为lum 1000um。
6. 按照权利要求3所述的场致发射装置(101)，其特征在于， 在上述发射极(105)与上述阴极层(102)之间，还具有促进该碳纳米管生长的催化剂层(112)，还具有为抑制该催化剂层(112)与该阴极层(102)的合金化而负载该催化剂层(112)的催化剂载体层(111)。
7. 按照权利要求6所述的场致发射装置(101)，其特征在于， 上述阴极层(102)，由Mo、 W、 Ta、 MoW、 MoTa、 Cr、其他金属或合金、TaSix、 MoSix、 WSix、 CrSix、其他金属硅化物、TiN、 TaN、其他金属 氮化物、n型或p型的掺杂多晶硅形成的单层结构形成，或者由这些与A1或 Cu的积层结构形成，或者由这些与Al或Cu的包层结构形成；上述栅极层(104)，由Mo、 W、 Ta、 MoW、 MoTa、 Cr、其他金属或 合金、TaSix、 MoSix、 WSix、 CrSix、其他金属硅化物、TiN、 TaN、其他金属 氮化物形成的单层结构形成，或者由对n型或p型的掺杂多晶硅的一部分进 行硅化而成的积层结构形成；上述催化剂载体层(111)由含Si、 Al、 Mg、 O、 N、 C中的任何一种以 上的元素的物质形成；上述催化剂层(112)由钴、铁、镍、钼、或含这些的混合物形成；上述绝缘层(103)由SiOx、 SiOxNy、 SiNx的单层结构或这些的积层结构 形成。
8. —种场致发射装置(101)的制造方法，其特征在于，具有 在基板上形成由导电体构成的阴极层(102)的膜的阴极层成膜工序； 在上述成膜的阴极层(102)上形成由绝缘体构成的绝缘层(103)的膜的绝缘层成膜工序；在上述成膜的绝缘层(103)上形成由导电体构成的栅极层(104)的膜的栅极层成膜工序；在上述成膜的栅极层(104)上设置狭缝(106)的狭缝工序； 通过上述设置的狭缝(106)，除去上述绝缘层(103)而设置空隙(107)，以使上述阴极层(102)的与该狭缝(106)相对向的对向区域(108)露出的空隙工序；在该对向区域(108)上，形成由多根碳纳米管络合而成的结构体形成的 发射极(105)的发射极形成工序。
9. 按照权利要求8所述的场致发射装置(101)的制造方法，其特征在 于，在上述发射极形成工序中，使该多根碳纳米管的一部分或全部从该对向 区域(108)向该狭缝(106)延伸，使该结构体的大致形状成为山脉状、刷子状、树列状或带形草坪状。
10. 按照权利要求9所述的场致发射装置(101)的制造方法，其特征在于，该碳纳米管由供给碳的化学气相生长法形成，设定该碳源的供给浓度及供给时间，以使该碳纳米管形成单层碳纳米管、 2层碳纳米管或3层碳纳米管。
11. 按照权利要求9所述的场致发射装置(101)的制造方法，其特征在于，该狭缝(106)的宽度为0.1um 3um， 该狭缝(106)的长度为10tim 500um， 该绝缘层(103)的厚度为0.03nm 10ym， 该碳纳米管的直径为0.4nm 10nm，该碳纳米管在该对向区域(108)上的数量密度为每1 U 1112是102根 105根。
12. 按照权利要求11所述的场致发射装置(101)的制造方法，其特征在于，该狭缝(106)平行设置有多个，该多个狭缝(106)的间隔为lum 1000ym。
13. 按照权利要求11所述的场致发射装置(101)的制造方法，其特征 在于，在该栅极层(104)上形成保护膜层，通过平板印刷、压型、刻痕或形成 龟裂在该保护膜层上形成图案(302)，然后，通过该图案(302)蚀刻该栅 极层(104)，由此，在该栅极层(104)上形成该狭缝(106)。
14. 按照权利要求10所述的场致发射装置(101)的制造方法，其特征 在于，还具有在该对向区域(108)露出后，通过该狭缝(106)，在该对向区域(108) 上形成催化剂载体层(111)的催化剂载体层工序；通过该狭缝(106)，在该催化剂载体层(111)上形成促进该碳纳米管 生长的催化剂层(112)，从而负载在该催化剂载体层(111)上的催化剂层 工序，其中，催化剂载体层(111)抑制该催化剂层(112)与该阴极层(102)的合金化。
15.按照权利要求14所述的场致发射装置(101)的制造方法，其特征在于，上述阴极层(102)与上述栅极层(104)采用供给钼的溅射法形成； 上述催化剂载体层(111)采用供给氧化铝的溅射法形成； 上述催化剂层(112)采用供给钴的溅射法形成； 上述绝缘层(103)采用供给氧化硅的化学气相生长法形成。
全文摘要
本发明的目的是提供一种可有效使电场集中放出电子从而采用低驱动电压实现高发射电流密度的场致发射装置(101)，该装置具有由导电体构成的阴极层(102)、在阴极层上配置的绝缘层(103)、绝缘层(103)上配置的由设置有狭缝(106)的导电体构成的栅极层(104)及发射极(105)，其中，绝缘层(103)设置有从该狭缝(106)至上述阴极层(102)中与该狭缝(106)相对向的对向区域(108)的空隙(107)，发射极(105)由在该对向区域(108)上配置的多根典型的单层～3层的细碳纳米管络合的具有荆棘状尖端的结构体构成。
文档编号H01J1/304GK101552166SQ200910132528
公开日2009年10月7日 申请日期2009年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者古市考次, 杉目恒志, 白鸟洋介, 辻佳子, 野田优 申请人:国立大学法人东京大学;大日本网屏制造株式会社