场致发射电极、其制造方法和电子装置制造方法及图纸

将一种在Ｘ射线衍射中具有金刚石的图案并且由微粒直径为５ｎｍ到１０ｎｍ的多个金刚石细微粒形成的电子发射膜形成在基板上。该电子发射膜可以在其使发射电流流动时将场强限制为低水平，并且该电子发射膜具有均匀的电子发射特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及利用场致发射来发射电子的场致发射电极、其制造方法和电子装置。
技术介绍
场致发射冷阴极可以通过向它们的发射极施加电场而向真空室发射电子，并且其已经作为代替热阴极的电子发射元件而受到关注。为了得到较小阈值的场强(产生发射电流为1mA/cm2的场强)以及更稳定、均匀的发射电流，已经进行了各种各样的研究。用于改善场致发射冷阴极的电子发射特性的技术大致具有两种趋势。一种是研究电子发射材料的结构以获得更高电场浓度的结构。通过使发射电子的电子发射材料的尖端变尖，在尖端附近形成能够拉出电子的强电场，这使电子能够在低外加电压下发射。因此，已经有很多关于采用碳纳米管(下面称为CNT)、碳纳米纤维等等作为场致发射型电子发射元件的报告。碳纳米管是具有锋利尖端的碳材料，它具有高纵横比的纳米尺寸的微细结构。待审的日本专利申请KOKAI公报No.2003-59391公开了一种使用CNT的场致发射冷阴极的制造方法。根据这种制造方法，蚀刻用作电子发射电极的基板以在其上设置凸起和凹进，并且凸起的表面覆盖有导电材料例如Al，然后在其上粘附CNT。除了基板之外，在电弧放电产生的CNT微粒通过电泳粘附到基板的凸起之后，导电材料熔化从而流入CNT的间隙。改善场致发射冷阴极的电子发射特性的另一种趋势是降低电子发射材料表面附近的势垒，该电子发射材料的表面是从其中发射电子的位置。为此，使用具有小的电亲合力的材料作为电子发射材料是有效的。特别的是，金刚石不仅具有负电子亲合力，而且还具有高硬度，因而化学性能稳定。因此金刚石适合用作电子发射元件的材料。但是，在电子发射元件由金刚石制成的情况下，金刚石的结晶性越高，基本导电率就越低，这引起了更加难以在金刚石和还作为电极的基板之间获得良好电接触的问题。为了解决这个问题，待审日本专利申请KOKAI公报No.H9-161655教导在金刚石中混合例如氮等杂质，从而提高电子发射性能。当作为电子发射位置的尖端形状变得更加尖锐时，用于提高场浓度的结构可以具有更高的场浓度，但是变得更不耐用。待审日本专利申请KOKAI公报No.2003-59391的技术在产生CNT之后还要经过复杂的制造步骤，并且也有与该得到的产量相比粘附CNT的比值较小的问题，这是因为CNT微粒本身通过电泳在分散液中运动。另一方面，由金刚石制造的电子发射元件由于其坚硬的晶体结构而非常耐用，并且不易损坏。而且，金刚石具有低功函，因而可以在低场浓度的情况下发射电子。但是，金刚石的高电阻率是不能满足在1mA/cm2的电流密度下小于或等于1V/μm的场强的条件的障碍，该场强是促进电子发射元件的实际使用的一个标准。目前，还无法通过改善发射极膜的表面结构提高场浓度，通过掺杂杂质给金刚石赋予低电阻率，改善金刚石和导电基板之间的电接触中的任意方法来消除这种障碍。因此，本专利技术的目的是提供一种容易制造并在低场强下具有高电流密度的场致发射电极、该电极的制造方法和电子装置。
技术实现思路
为了实现上述目的，根据本专利技术的场致发射电极包括电子发射膜，其包含微粒直径为5nm到10nm的多个金刚石细微粒。根据本专利技术的另一种场致发射电极包括包含多个金刚石细微粒并且比值(D谱带强度)/(G谱带强度)为2.5到2.7的电子发射膜。根据本专利技术的另一种场致发射电极包括包含多个金刚石细微粒的电子发射膜；和在电子发射膜表面上形成的若干个刺(stick)。根据本专利技术的场致发射电极的制造方法包括以下步骤向处理室内供应其成分包括碳的原料气以便在处理室中产生等离子体；以及在处理室中的基板上形成包含多个金刚石细微粒的电子发射膜。根据本专利技术的场致发射电极的另一种制造方法包括以下步骤向处理室内供应其成分包括碳的原料气以便在处理室中产生等离子体，并在处理室中的基板上形成一层碳纳米壁(carbon-nanowall)；以及在该层碳纳米壁上形成包含多个金刚石细微粒的电子发射膜。根据本专利技术的场致发射电极的另一种制造方法包括以下步骤向处理室内供应其成分包括含碳化合物的原料气以便在处理室中产生等离子体，从而形成包含多个金刚石细微粒的电子发射膜和设置在电子发射膜表面上的刺。根据本专利技术的一种电子装置包括场致发射电极，该场致发射电极包括包含微粒直径为5nm到10nm的多个金刚石细微粒的电子发射膜；相对电极，其设置为面对场致发射电极；和荧光膜，其利用场致发射电极发射的电子而发光。根据本专利技术的另一种电子装置包括场致发射电极，该场致发射电极包括包含多个金刚石细微粒并且比值(D谱带强度)/(G谱带强度)为2.5到2.7的电子发射膜；相对电极，其面对场致发射电极；和荧光膜，其利用场致发射电极场致发射的电子而发光。根据本专利技术的另一种电子装置，包括场致发射电极，该场致发射电极包括包含多个金刚石细微粒并且比值(具有sp3键的碳)/(具有sp2键的碳)为2.5到2.7的电子发射膜；相对电极，其面对场致发射电极；和荧光膜，其利用场致发射电极场致发射的电子而发光。根据本专利技术的另一种电子装置包括场致发射电极，该场致发射电极包括包含多个金刚石细微粒并且具有1kΩ·cm到18kΩ·cm的电阻率的电子发射膜；相对电极，其面对场致发射电极；和荧光膜，其利用场致发射电极场致发射的电子而发光。根据本专利技术的另一种电子装置包括场致发射电极，该场致发射电极包括包含多个金刚石细微粒的电子发射膜和在该电子发射膜表面上形成的刺；相对电极，其这样形成以面对场致发射电极；和荧光膜，其利用场致发射电极发射的电子而发光。根据本专利技术的场致发射电极或电子装置可以在低场强下实现具有高电流密度的场致发射。附图说明在阅读下面的详细说明和附图之后，本专利技术的这些目的和其它目的以及优点将变得更加显而易见，其中图1是利用扫描电子显微镜获得的根据本专利技术实施例1的电子发射膜表面的扫描图像；图2是示出电子发射膜上的镜面反射的图像；图3是示出电子发射膜和基板的横截面的二次电子图像；图4是示出电子发射膜的x射线衍射图的图；图5是示出电子发射膜的拉曼光谱的图；图6是示出DC等离子体CVD系统的图；图7是示出包括电子发射膜和基板的场致发射冷阴极的电子发射特性的图；图8是由包括包含电子发射膜的场致发射电极的场致发射荧光管构成的电子装置的示意性截面图；图9是示出根据实施例1的电子发射膜的电流—电压特性的图；图10是示出由来自电子发射膜的电子发射引起的荧光板的发光状态的视图；图11是示意性示出根据本专利技术实施例2的电子发射膜的模型图；图12是利用扫描电子显微镜扫描图11的电子发射膜表面获得的图像；图13是图12的电子发射膜的放大图像；图14是示出碳纳米壁和图11的电子发射膜的横截面的二次电子图像；图15是示出电子发射膜的x射线衍射图的图；图16是示出碳纳米壁的拉曼光谱的图；图17是示出包括电子发射膜和碳纳米壁的场致发射冷阴极的电子发射特性的图；图18是由包括包含电子发射膜的场致发射电极的场致发射荧光管构成的电子装置的示意性截面图；图19是示出包括多个金刚石细微粒集合的碳膜的拉曼光谱的图，该碳膜是根据实施例1和实施例2的电子发射膜；图20是示出图3所示的电子发射膜的结构模型的示意性截面图；图21是示出图11所示电子发射膜的结构模型的示意性截面图；图22是示出根据本专利技术的电子发射膜和根据比较例的碳纳米壁的场本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场致发射电极，包括：包含微粒直径为５ｎｍ到１０ｎｍ的多个金刚石细微粒的电子发射膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2004-11-26 343203/2004;JP 2005-8-31 252928/20051.一种场致发射电极，包括包含微粒直径为5nm到10nm的多个金刚石细微粒的电子发射膜。2.根据权利要求1所述的场致发射电极，其中所述电子发射膜的电阻率是1kΩ·cm到18kΩ·cm。3.根据权利要求1或2所述的场致发射电极，其中所述电子发射膜形成在一层碳纳米壁上，该碳纳米壁形成在基板上。4.根据权利要求1到3中任一项所述的场致发射电极，其中具有sp2键的碳存在于所述多个金刚石细微粒之间。5.根据权利要求1到4中任一项所述的场致发射电极，其中所述金刚石细微粒通过隧道效应引起场致发射。6.一种场致发射电极，包括包含多个金刚石细微粒并且比值(D谱带强度)/(G谱带强度)为2.5到2.7的电子发射膜。7.根据权利要求6所述的场致发射电极，其中所述电子发射膜形成在一层碳纳米壁上，该碳纳米壁形成在基板上。8.根据权利要求6或7所述的场致发射电极，其中所述电子发射膜的电阻率是1kΩ·cm到18kΩ·cm。9.根据权利要求6或7所述的场致发射电极，其中具有sp2键的碳存在于所述多个金刚石细微粒之间。10.根据权利要求6到9中任一项所述的场致发射电极，其中所述金刚石细微粒通过隧道效应引起场致发射。11.根据权利要求6到10中任一项所述的场致发射电极，其中所述多个金刚石细微粒具有5nm到10nm的微粒直径。12.一种场致发射电极，包括包含多个金刚石细微粒的电子发射膜；和在所述电子发射膜的表面上形成的若干个刺。13.根据权利要求12所述的场致发射电极，其中所述多个金刚石细微粒具有5nm到10nm的微粒直径。14.根据权利要求12或13所述的场致发射电极，其中具有sp2键的碳存在于所述多个金刚石细微粒之间。15.根据权利要求14所述的场致发射电极，其中所述刺从作为核的所述电子发射膜的所述碳开始生长。16.根据权利要求12到15中任一项所述的场致发射电极，其中所述电子发射膜的比值(D谱带强度)/(G谱带强度)为2.5到2.7。17.根据权利要求12到16中任一项所述的场致发射电极，其中所述刺由碳形成。18.根据权利要求12到17中任一项所述的场致发射电极，其中所述刺具有针的形状，并且直立在所述电子发射膜的所述表面上。19.根据权利要求12到18中任一项所述的场致发射电极，其中所述刺形成在所述电子发射膜的所述表面上，密度为5000到75000个刺/mm2。20.根据权利要求12到19中任一项所述的场致发射电极，其中尘状碳形成在所述刺的周围。21.一种场致发射电极的制造方法，包括以下步骤向处理室内供应其成分包括碳的原料气以便在所述处理室中产生等离子体，并在所述处理室中的基板上形成包括多个金刚石细微粒的电子发射膜。22.根据权利要求21所述的场致发射电极的制造方法，其中所述电子发射膜的比值(D谱带强度)/(G谱带强度)为2.5到2.7。23.根据权利要求21或22所述的场致发射电极的制造方法，其中具有sp2键的碳存在于所述多个金刚石细微粒之间。24.一种场致发射电极的制造方法，包括以下步骤向处理室内供应其成分包括碳的原料气以便在所述处理室中产生等离子体，并且在所述处理室中的基板上形成一层碳纳米壁；以及在所述碳纳米壁层上形成包括多个金刚石细微粒的电子发射膜。25.根据权利要求24所述的场致发射电极的制造方法，其中所述电子发射膜的比值(D谱带强度)/(G谱带强度)为2.5到2...

【专利技术属性】
技术研发人员：西村一仁，笹冈秀纪，
申请(专利权)人：日本财团法人高知县产业振兴中心，卡西欧计算机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]