ナノ構造物の製造方法
本発明は、支持材上にナノ構造物（１０４）を作製する方法に関し、以下のステップを含むことを特徴とする。一方の表面上に表面層（１０１）を備える支持材を供給するステップと、触媒によって覆われる表面層の領域及び触媒によって覆われていない表面層の領域を露出するパターンによって構造化される触媒層（１０２）によって表面層を覆うステップと、触媒によって覆われてない領域における表面層（１０１）の厚さをエッチングするステップと、触媒によって覆われる表面層の領域上にナノ構造物（１０４）を選択成長するステップを含む。本発明は、電気的に独立したナノ構造物でカソード構造物を作製するためにも使用されうる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持材上にナノ構造物を製造する方法に関し、特に電気的に独立したナノ構造物を製造する方法に関する。本発明は、フラットスクリーン用のカソード構造物において電子を放出するナノチューブに特に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
我々がここで参照するナノ構造物は、被支持触媒上に触媒成長によって局所化（ローカライズ）される、自動で組み立てられた構造物である。例えば、本発明は、ナノチューブ、ナノフィラメント、又はナノワイヤに関連しうる。
【０００３】
被支持触媒上にナノ構造物の触媒を成長させることで、触媒支持材用の材料が必要となり、これにより、支持材内での、そして特に成長温度での、触媒の拡散が制限されてしまう。
【０００４】
さらに、電気的にアドレス指定可能でそして電気的に独立なナノ構造物を得ることを必要とする場合、触媒支持材は導電性でなければならないが、ナノ構造物同士の間に電気的接触部を形成してはならない。従って、支持材は、不連続でなければならず、言い換えれば、自動で組み立てられた構造物の下では導電性でなければならず、そして、自動で組み立てられた構造物同士の間では電気的に絶縁（又は消失）されていなければならない。
【０００５】
この種の不連続な支持材を得る１つの公知の方法は、電子又は光リソグラフィ技術を使用して支持材を構築することからなる。しかしながら、小さく及び／又は高密度で自動化された構造に対して、これらの技術は非常に高価であり、部分的にのみ効果的でありうる。
【０００６】
電界放出によって励起されたカソードルミネセンスディスプレイ装置において、そして、特に電界放出フラットスクリーンにおいて、使用されるカソード構造物の領域の支持材上の電気的に独立したナノ構造物を得ることは、特に興味深い。
【０００７】
電界放出によって励起されるカソードルミネセンスディスプレイ装置は、電子を放出するカソードと、発光膜で覆われるカソードに対向しているアノードと、を備える。アノード及びカソードは、真空が生成されるスペースで区切られる。
【０００８】
使用されるカソードは、しばしば複合ダイオード又はトライオード型のカソード構造物である。トライオード構造は、カソードから電子の抽出を容易にするゲートと呼ばれる追加電極を備えている。いくつかのトライオード構造は、従来技術においてすでに想定された。それらは、カソードに関するゲートの位置の関数として、２つの主要な群（ファミリ）に分類されうる。
【０００９】
トライオード構造の第１の群は、絶縁層中に作製される穴の底でカソードが堆積されてゲートが絶縁層上に位置する構造を含む。これらのトライオード構造は、Ｉ型構造と呼ばれる。この種のトライオード構造の例は、電界放出によって励起されるカソードルミネセンスディスプレイ装置を製造する方法を公表する、本明細書の説明の文末で参照される文献[１]に記載され、図１において例示される。図１は、電界放出によって励起したカソードルミネセンスディスプレイ装置用の公知の技術によるＩ型のカソード構造物の断面図を概略的に示す。この図には、１つの放出デバイスのみが示される。電気的絶縁材料で作製される層１は、円形穴２を穿設されて、支持材１０上に堆積される。穴２の底で、（図１で示されるような穴の全体に亘って又は局所的に）カソードを形成している導電層３が堆積され、そして、電子放出材料４で作製される層４（例えばカーボンナノチューブといった電子放出ナノ構造物の層）を支持する。絶縁層１の上面は、電子抽出ゲートを形成していて、穴２を囲んでいる金属膜５を支持する。
【００１０】
トライオード構造の第２の群は、カソードが絶縁層上に堆積されてゲートが絶縁層下に位置する構造を含む。これらのトライオード構造は、ＩＩ型構造と呼ばれる。この種のトライオード構造は、文献[２]及び[３]に記載されている。そして、図２は、電界放出によって励起したカソードルミネセンスディスプレイ装置用の公知の技術によるＩＩ型のカソード構造物の断面図を概略的に示す。この図には、１つの放出デバイスのみが示される。支持材２０上に堆積される電気的絶縁材料で作製される層１１は、層１１の上面上に配置されたカソード１３を囲んで電子放出材料で作製される層１４を囲む２つの部分で構成される下面上でゲート電極１５を支持する。
【００１１】
放出をより均一にするために、そして、Ｉ型及びＩＩ型カソード構造物からの電子放出が正確に起こることを保証するために、個々のエミッタで放出される電流を制限する目的で、カソード導体及び放出層の間に抵抗層を追加することによってカソードでスタックを複雑化することが可能である（文献[４]参照）。このように、抵抗層は、電子放出を調整する役割を行う。
【００１２】
Ｉ型の１つの変形例は、図３において例示される。この図において、このカソード構造物が、導電材料で作製される２つの部分のカソード電極３３と、カソード電極３３の２つの部分及びこれらの２つの部分の間に位置する支持材３０の表面を覆う抵抗層３６と、絶縁層３１と、電子抽出ゲートを形成している金属層３５と、を含み、これら全てが支持材３０上に重畳されていることが理解されうる。幅Ｌの穴３２によって、抵抗層３６が露出される。穴３２の中心部で、そして、成長領域から形成されるカソード層３３からの距離Ｓで、放出材料の層３４は、抵抗層３６上に戴置している。抵抗層の有効長が、抵抗層における同一の厚さ及び抵抗率に対してより高い抵抗を付与しうるような、そしてこれにより、放出の均一性を向上しうるような、Ｓのオーダーとなるように（Ｓ＝０（カソード層上の抵抗層）の場合のようなこの層の厚さのオーダーではなく）、距離Ｓは選択される。放出材料の層３４の成長領域の幅ｄは、穴の幅Ｌと比較して小さいことが好ましい。これにより、作動中にカソード及びゲート間のリーク電流の源となる、電子放出材料の層がゲート電極に接触する可能性が制限される。この場合、カソード電極３３の部分は、抽出ゲート３５に垂直に整列する。これらの部分は、ゲート３５のラインから後退されていてもよい。この構造物を製造する方法の詳細は、文献[４]において付与される。成長領域は、不連続でもよく、図３のカソード構造物の可能な平面図である図４に示すように、パッド中に構築されうる。電子放出材料の層３４が距離Ｓと同じオーダーの大きさである距離Ｕで区切られる２つの成長パッド上に分布されることが示される。この放出層を別々のパッドに分布させることで、これらの放出領域の互いからのいくらかの電気的な独立性が保証され、そしてそれ故、各パッドに対する抵抗層のより効率的な動作が保証される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
理想的には、抵抗層が各ナノ構造物に対してその個々の役割を完全に実行することができるように、電子を放出するナノ構造物は各々から電気的に絶縁されなければならない。しかしながら、放出ナノ構造物の半径がわずか２、３ナノメートル又は数十ナノメートルである一方で、光リソグラフィは、コスト的な理由のために、最も少ない寸法が約５μｍである構造に対して使われるだけである。
【００１４】
このように、従来技術においては、各々の放出ナノ構造物よりもむしろ、放出ナノ構造物のグループが、電気的に絶縁される。電流の均一性に関する問題は、放出ナノ構造物の単一のグループ内で解決されない。それらを支持するパッドが導電性であるからである。
【００１５】
本発明の目的は、支持材上にナノ構造物を得るための方法、特に電気的に接続されて独立なナノ構造物を得る方法を提案することである。この方法は、従来技術による公知の方法よりも効果的でかつ安価なものである。
【００１６】
さらに一般的にいえば、本発明が解決するように設計されている課題は、リソグラフィマスク（隔離による樹脂の堆積及び構造化等）又はマスク位置合わせを使用すること無しに、ナノ構造物の整列された成長のための、構造化された二重層を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的は、下記のステップを含むことを特徴とする、支持材上のナノ構造物を製造する方法によって達成される。
これらのステップは、
面の１つの上に表面層が設けられている支持材を供給するステップと、
触媒によって覆われた前記表面層の領域及び前記触媒によって覆われていない前記表面層の領域を露出するパターンに従って、構造化された触媒層によって前記表面層を覆うステップと、
前記触媒層によって覆われていない領域中における前記表面層の厚さをエッチングするステップと、
前記触媒によって覆われた前記表面層の領域上にナノ構造物を選択的に成長させるステップと、である。
【００１８】
有利には、前記表面層は、前記支持材に対する前記触媒の拡散に対する「障壁層」である。
【００１９】
本発明において、「障壁層」は、特に触媒上でナノ構造物が成長される温度で、前記障壁層に粘着される触媒材料の拡散を制限する材料で作製される層である。
【００２０】
得られるナノ構造物は、ナノチューブ、ナノフィラメント、又はナノワイヤであってもよい。
【００２１】
前記触媒層は、エッチングステップに対するエッチングマスクとして使用される。前記触媒によって覆われない領域中の前記表面層のエッチングステップは、エッチングマスクとして触媒粒子を用いる前記表面層の選択的及び異方性エッチングからなる。エッチングは、前記表面層が前記触媒によって覆われていない領域中において消えるまで継続される。
【００２２】
有利には、前記表面層は、導電性又は半導電性材料で作製され、そして、前記ナノ構造物は、導電性又は半導電性材料で作製される。従って、結果物は、電気的に独立したナノ構造物である。
【００２３】
有利には、前記支持材は、前記表面層を支持する面上の抵抗層を備える。抵抗層は、通過する電子流を制限するか又は調整するために、充分な抵抗率及び厚さを有する材料で作製される層を意味する。例えば、電子放出ナノ構造物の場合、抵抗層は、電子放出をより均一にするために、ナノ構造物によって放出される電流を、特に電流が高いときに、制限するか又は調整するために使用されうる。
【００２４】
１つの変形例によれば、前記支持材は、前記抵抗層と接触する導電材料で作製される層を備える。例えば、導電材料の層は、前記抵抗層の下に存在していてもよい。
【００２５】
有利には、前記抵抗層の厚さの少なくとも一部は、前記表面層がエッチングされる領域中においてエッチングされる。
【００２６】
１つの実施例によれば、前記触媒層は、表面層上の触媒膜の断片化（フラグメンテーション）によって、得られたパターンに従って構造化される。前記触媒膜は、当初連続的でもよい。前記触媒膜は、当初不連続的でもよいが、この場合、触媒層の断片化による構造化ステップは、必須ではない。
【００２７】
有利には、前記表面層上の触媒膜は、前記触媒膜の温度を上昇させることによって断片化される。
【００２８】
１つの変形例によれば、前記触媒膜の温度は、例えば焼なまし（アニーリング）によって全体的に上昇する。
【００２９】
他の変形例によれば、前記触媒膜の温度の上昇は、例えばレーザー照射によって、又はプラズマ効果によって、前記表面上に局所化される。
【００３０】
有利には、前記表面層は、前記触媒膜の断片化を容易にする材料で作製されている。
【００３１】
他の変形例によれば、前記表面層上の触媒膜は、前記触媒膜の不均質な乾式又は湿式のエッチング技術を使用して断片化される。換言すれば、いくつかの部位だけが、例えば粒子接合（グレインジョイント）で、エッチングされる。
【００３２】
第１の変形例によれば、前記構造化された触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行する前に調整される。有利には、前記触媒層のパターンは、前記触媒層をエッチングすることによって調整される。
【００３３】
第２の変形例によれば、前記触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行した後に、前記触媒層中でエッチングして調整される前記触媒層をエッチングすることによって調整される。これは、ナノ構造物の形態を調整する手段を提供する。
【００３４】
第３の変形例によれば、前記触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行する前に前記触媒層のエッチングによって第１に、そして、前記表面層をエッチングした後に前記触媒層をエッチングすることによって第２に、調整される。
【００３５】
有利には、前記触媒上のナノ構造物の選択的な成長は、プラズマ支援又はプラズマ非支援の、化学気相堆積（ＣＶＤ）によってなされる。
【００３６】
変形例として、前記表面層のエッチングステップは、ナノ構造物の選択的な成長の後に、実行される。
【００３７】
有利には、前記表面層は、前記支持材に向かう前記触媒の拡散に対する障壁層である。
【００３８】
本発明は、上述した生産工程を使用して得られた電気的に独立したナノ構造物を具備している、異なる種類のカソード構造物にも関する。
【００３９】
本発明は、
カソードを形成する導電層と、
前記触媒の拡散への障壁層を覆う触媒層から形成される電子放出ナノ構造物を備える少なくとも１つの電子放出領域と、
を備え、
前記障壁層は、抵抗層によって支持され、前記ナノ構造物は、前記障壁層及び前記抵抗層を介して、前記カソードを形成する前記導電層に電気的に接続され、
前記ナノ構造物によって放出される電子を抽出するための抽出ゲートを形成する金属層、を備え、
前記ナノ構造物は、電気的に独立したナノ構造物であることを特徴とする、カソード構造物に関する。
【００４０】
第１の実施例によれば、前記カソードを形成する導電層は、電気的絶縁材料で作製される層中に形成される少なくとも１つの穴の底部に配置され、前記カソードを形成する前記導電層は前記抵抗層を支持して、ナノ構造物を備える前記電子放出領域をそれ自体で支持して、電気的絶縁材料で作製される前記層の上面は、前記抽出ゲートを形成する金属層を支持する。
【００４１】
第２の実施例によれば、前記カソードを形成する前記導電層及びナノ構造物を備える前記電子放出領域は、一方を他方の端部に配置して、前記抵抗層によって離隔される。前記抽出ゲートを形成する前記金属層は、前記カソードを形成する前記導電層から電気的絶縁層によって離隔される。これらは、前記カソードを形成する前記導電層と前記放出領域との間に挿入される抵抗層を介して、電気的に接続される。
【００４２】
第３の実施例によれば、前記電気的絶縁材料層の下部面は、２つの部分に分けられる抽出ゲートを形成していて、電気的絶縁材料層の上面上に位置するカソードを形成する導電材料の層を囲む、金属層を支持する。前記カソードを形成する前記導電層は、それ自体で電子放出領域を支持する抵抗層を支持する。
【００４３】
最後に、本発明は、発光層によって覆われる、カソード及びアノードを備える装置に関する。前記アノードは、前記カソードに対向して配置され、前記アノード及び前記カソードは、真空が生成される空間によって離隔され、前記カソードは、本発明による方法を用いて作製される電気的に独立したナノ構造物を備えることを特徴とする。
【００４４】
本発明は、本発明による少なくとも１つのカソード構造物を備えることを特徴とする電界放出フラットスクリーンにも関する。
【００４５】
添付の図に関する非制限的な実施例として与えられる以下の説明を読んだ後に、本発明がよりよく理解され、そして、他の効果及び特徴が現れる。
【００４６】
図１は、すでに記述されているように、従来技術によるＩ型のトライオードの放出層を有するカソード構造物の横断面図である。
【００４７】
図２は、すでに記述されているように、従来技術によるＩＩ型のトライオードの放出層を有するカソード構造物の横断面図である。
【００４８】
図３は、従来技術による放出層を有する、Ｉ型のカソード構造物の他の例の横断面図である。
【００４９】
図４は、図３で示されるような放出層を有する、Ｉ型のカソード構造物の平面図である。
【００５０】
図５ａから図５ｄは、本発明によるナノ構造物を製造するための処理におけるステップを示す。
【００５１】
図６は、ナノ構造物が電気的に独立している本発明の例示の実施の形態における横断面線図である。
【００５２】
図７は、ナノ構造物が電気的に独立している本発明の他の例示の実施の形態における横断面線図である。
【００５３】
図８は、従来技術による障壁層パッド上のナノ構造物の横断面線図である。
【００５４】
図９ａ及び図９ｂは、本発明によるカソード構造物の電気的に独立したナノ構造物の製造におけるステップを例示する。
【００５５】
図１０は、本発明によるカソード構造物の横断面図である。
【００５６】
図１１は、本発明による他のカソード構造物の横断面図である。
【００５７】
図１２は、従来技術による放出層を有するＩ型のカソード構造物の平面図である。
【００５８】
図１３は、本発明による放出層を有するＩ型のカソード構造物の平面図である。
【００５９】
図１４Ａから図１４Ｋは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【００６０】
図１５ａ及び図１５ｂは、それぞれ、従来技術及び本発明による、２つの電極間の伝導又は半伝導チャネルとして作用するナノチューブを表す。
【００６１】
これらの図において表される異なる要素は、簡略化のためにスケールで描かれていないことに注意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
ここで、本発明による支持材上の電気的に独立したナノ構造物の例示の実施の形態を詳細に記述する。
【００６３】
表面層１０１は、例えばガラス基板のような、支持材１００の面上に堆積される。有利に、この層は障壁層であり、言い換えれば、これは、（特にナノ構造物の成長温度で）基板への触媒の拡散を制限する材料で作製される。電子輸送機能を有する電気的に独立なナノ構造物を得ることが要求されるため、障壁層は導電性でなければならないということを忘れてはならない。何故なら、ナノ構造物は、これらの支持材（この場合表面層）を介して電気的にアドレスされるからである。この表面層は、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ｍｏ…の中から選択される材料で作製されうる。
【００６４】
さらに、ディウェッティングによる断片化によって触媒層が構造化されることを要求される場合、表面層は、ディウェッティングを容易にする材料で作製されることが好ましい。
【００６５】
この例では、この材料は、約１００ｎｍの厚さを有するＴｉＮで作製される表面層１０１を堆積させるために選ばれる。
【００６６】
例えば１０ｎｍの厚さのＮｉで作製される触媒層１０２は、この表面層１０１より上に堆積する。この触媒層がディウェッティングによって断片化（フラグメント）される場合、触媒層の厚さは、使用する材料に依存して例えば文献［５］で研究されているような、当業者に知られている所与の閾値よりも小さくなければならない。概して、Ｎｉの厚さは、ＴｉＮ上のＮｉのディウェッティングを６００℃で達成するために、１０ｎｍ以下でなければならない。図５ａにて図示したように、この結果物は、表面層１０１及び触媒層１０２を支持している支持基板１００で構成されるスタックである。ＴａＮで作製される表面層１０１、及び、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔで構成されるグループから選択される材料、又はこれらの材料の１つを含む任意の合金で作製される触媒層１０２を選択することも可能であろう。ＴｉＮ層１０１及びＮｉ層１０２の堆積物は、例えばカソードスパッタリング及び真空蒸着によってそれぞれ得られうる。
【００６７】
そして、触媒層１０２は、触媒が存在している中実の（ソリッドの）領域と触媒が消失して下にある表面層１０１を露出する領域とを含むパターンを有するように、構造化される（図５ｂ）。中実の領域は、ナノ構造物が成長するいわゆる成長領域を形成する。
【００６８】
この構造は、表面層上の触媒層の断片化によって達成されうる。断片化は、（例えばアニーリングによって）スタックの温度を全体的に上昇させることによって、又は、（例えばレーザー照射又はプラズマによって）表面上に局所的に上昇させることによって、得られうる。２つの材料の表面エネルギー差がディウェッティングによる断片化を可能にするのに十分であるような（障壁層−触媒）組である場合にのみ、断片化が起こることに注意されたい。材料のＴｉＮ−Ｎｉ組に対して、水素の０．２ｍｂａｒｓの圧力下での６００℃でアニーリングは、Ｎｉの厚さ１０ｎｍの層に適している。
【００６９】
断片化は、触媒層１０２の（例えばプラズマによる）不均質な乾式又は湿式のエッチング技術によっても得られうる。このように、３９０℃でのＮＨ３のＤＣプラズマによるエッチングは、Ｎｉ膜を断片化しうる（例えば本明細書の文末で言及した文献［６］及び［７］を参照）。
【００７０】
１つの変形例によれば、触媒層１０２は、初期に不連続又は構造化されていてもよい。触媒層を直接構造化された形態で堆積するための公知技術は、電気化学的堆積（文献［８］参照）、凝集体の堆積、又は不連続成長、極薄の堆積厚さのための環境温度での瞬間的なディウェッティングに対応するボルマー−ウェーバー・モード、を含む。この例において、追加的なステップが、例えばエッチング又はアニーリングによって、表面層をエッチングするために使われるパターンを精製するために実行されうる。しかし、堆積の後に得られたパターンがすでに適切である場合、この追加的なステップは、余分になりうる。
【００７１】
触媒層１０２が適切なパターンに従って構築（構造化）されると、表面層１０１の選択的なそして異方性エッチングが、エッチングマスクとして触媒を使用してなされる。表面層１０１は、触媒層１０２によって覆われていない領域においてエッチングされる。適切なパターンは、ナノ構造物の成長が要求される位置にナノ構造物の成長領域が配置され、しかしながら特に成長すべきナノ構造物の種類に適合する寸法及び密度を有する、パターンを意味する。一般に、パターンは、楕円ベースを有するナノ構造物を得るために、障壁層上にランダムに派出される、触媒の島、換言すれば、卵形の塊を表す。
【００７２】
エッチングは、表面層１０１が触媒１０２によって覆われていない領域中で消失されるまで継続される。そして、支持基材は、表面層島２０１上の触媒島２０２を含む（図５ｃ）。
【００７３】
ＴｉＮ−Ｎｉ材料の組に対する異方的で選択的なエッチングは、ＳＦ６のＲＩＥプラズマを使用して得られうる。ＴｉＮの表面層１０１は、直接的に（異方的エッチング）エッチングされ、そして、Ｎｉの触媒島２０２（選択エッチング）も、表面層島２０１（触媒Ｎｉによって覆われるＴｉＮの表面層）も、エッチングされない。
【００７４】
１つの変形例によれば、構造化ステップの後に得られた触媒島２０２の密度及び径分布は、触媒の部分の乾式又は湿式エッチングによって調整されうる。このように、決定された直径及び密度を有する触媒島が、得られうる。エッチングによるこの調整は、表面層１０１の構造化及びエッチングステップの間、及び／又は、表面層１０１のエッチングステップ及びナノ構造物の選択的な成長ステップの間に、なされうる。後者の場合、支持される表面層パッドよりもより小さい触媒パッドを生成し、場合によってはより安定ナノ構造物を付与しうる。
【００７５】
例えば、触媒の湿式エッチングをすると決定したら、そのサンプルは、決定された時間で触媒のエッチング溶液に浸漬されうる。この場合において、触媒を選択的にエッチングして、その後の成長を触媒するためのナノ構造物の前駆体（ＣＶＤによって成長する場合にはガス状の前駆体）と触媒を反応することを防止しない溶液を使用することが好ましい。例えば、溶液は、一体積の硝酸、一体積の酢酸、及び四体積の水を混合することで作製される溶液は、４５秒間の触媒のエッチングを実行するために用いられうる。
【００７６】
触媒の乾式エッチングを用いると決定したら、エッチングは、プラズマ（ＲＩＥ，ＩＣＰ等）、又は触媒の選択イオン照射によって、なされうる。
【００７７】
触媒島２０２の密度及び径分布は、当初連続的な触媒層の断片化を引き起こすためにディウェッティングによって触媒パターンが得られる場合、触媒層１０２の当初の厚さを制御することによって調整されうる。
【００７８】
最終的に、ナノ構造物１０４の触媒成長は、触媒島２０２からなされる。この成長は、支持材上に固着された触媒を有する触媒成長によってナノ構造物が得られる＜ベース成長＞又は＜ルート成長＞型のものであってもよく、又は、ナノ構造物の先端に触媒２０２を有する触媒成長によってナノ構造物１０４が得られる＜チップ成長＞型のものであってもよい（図５ｄ）。
【００７９】
カーボンナノチューブ１０４は、０．２ｍｂａｒの水素で温度を最大６００℃に上昇して、そして、依然として６００℃でアセチレンの０．２ｍｂａｒの圧力に１分間このサンプルを晒すことによって、カーボンの化学蒸気相堆積（ＣＶＤ）による触媒成長によって、ニッケル触媒２０２の島から得られうる。このように、得られた結果物は、その先端でＮｉの触媒島２０２を有する、ＴｉＮの各表面層島２０１上のカーボンナノチューブ１０４である（＜チップ成長＞型）。ナノチューブは、最大数マイクロメートル長さであってもよく、そして、その半径は、触媒島の半径に略等しくてもよい。ＣＶＤ成長は、（長さ／半径）アスペクト比が図５ｄに示されているように非常に分散している集団のナノチューブを生成するという特色を有する。同図において、様々な高さ及び直径を有するナノチューブ１０４が見られる。
【００８０】
１つの変形例によれば、エッチングはナノ構造物に対して選択的であって、そして、ナノチューブの形状が可能であれば（特にナノ構造物が支持材に対して一列に垂直であることが好ましい）、表面層１０１のエッチングステップは、ナノ構造物１０４の成長ステップ後に行われうる。
【００８１】
本発明は、ナノ構造物を得る方法、及び特に電気的に独立したナノ構造物を得る方法を示す。＜ナノ構造物＞は、１つのナノメートル寸法、換言すれば、０．５及び１００ｎｍの間の寸法を有する、支持された触媒上に触媒成長によって自動組立されて位置される任意の構造物を意味する。＜電気的に独立したナノ構造物＞は、各ナノ構造物に対する電位が異なっているナノ構造物を意味する。一方、例えばナノ構造物同士が導電支持材で支えられて、この支持材を介して互いに電気的に接続している場合といった、ナノ構造物同士の電位が同じであるときに、ナノ構造物は電気的に独立していない。これらのナノ構造物は、概して１つごとのナノ構造物において、例えばナノチューブ又はナノフィラメント又はナノワイヤであってもよいということも忘れてはならない。しかし、これらの要素が同一の触媒島から成長する場合、及び／又は、同じ表面層島上で成長する場合、各ナノ構造物に対していくつかのナノチューブ又はナノフィラメント又はナノワイヤが存在していてもよい。
【００８２】
支持材、障壁層、及び触媒層で単純に構成されるスタックからナノ構造物を形成する１つの実施例の詳細をちょうど記述してきた。特により複雑なスタックを用いる他の例示の実施の形態も可能である。例えば、上述のような同一のステップは、支持基材及び障壁層の間に、抵抗層、又は抵抗層が上にある導電層を挿入することによって実行されうる。ナノ構造物の成長を推進するために、触媒層に換えて、例えばＦｅ及びＭｏで構成される二重層といった複数層を使用することも可能である。
【００８３】
１つの特定の実施の形態によれば、スタックは、ガラス支持基材、カソードを形成するＭｏで作製される導電層４０３、抵抗層（又はバラスト）として作用するＳｉで作製される抵抗層４０６、障壁層４０１、及び触媒層４０２を備えて構成される。そして、上述した図５ａから図５ｄにおけるような同一のステップが、還元すれば、触媒４０２を構造化するためのステップ、障壁層４０１をエッチングするためのステップ、及び触媒島上に成長するナノ構造物４０４を作製するためのステップが、繰り返される。上述の全ての変形例は、障壁層の構造化及びエッチングステップの間に、及び／又は、障壁層のエッチングのためのステップとナノ構造物の選択成長のためのステップの間に、乾式又は湿式エッチングによって、特に構造化のステップ後に得られた触媒島の密度及びサイズ分布を調整することに、適用可能である。
【００８４】
図６は、障壁層４０１のエッチングが抵抗層４０６で停止された場合を示す。しかし、抵抗層上でエッチングを停止することは、この特別な場合において決定的なものではない。抵抗層４０６がカソード層４０３上にあるので、ナノ構造物の電気的な独立を更に容易にするこの抵抗層の全部又は一部をエッチングすることが可能である。図７は、抵抗層４０６の全厚さ及び障壁層４０１の厚さが触媒によって覆われない領域においてエッチングされた場合を例示する。障壁層に対して使用されるエッチング技術が抵抗層に好適である場合、この抵抗層のエッチングは、障壁層のエッチングと同時に、又は他のエッチング技術の直後、又は、（上述したように）ナノ構造物に依存して可能であればナノ構造物の成長後になされうる。図６及び図７に示される例における最終生成物は、ナノチューブ３０４の群のみが電気的に独立しうる図８において示されるような従来技術におけるものとは異なり、電気的に独立したナノチューブである。触媒成長によって触媒３０２から作製されるナノチューブ３０４は、導電層３０３で支えられる抵抗層３０６に堆積される障壁層３０１において作製されるブロック５００に配置される。各ブロック５００は他のブロックから絶縁されているが、各ブロックはいくつかのナノ構造物３０４を支持している。であるから、同じブロックの各ナノ構造物のベースの電位は、同一である。このように、本発明は、各々からのナノ構造物の電気的な独立、及び、各ナノ構造物に対する抵抗層（図６及び７の抵抗を表すジグザクのシンボルで例示される）の個々の動作を保証する。これにより、電子の放出がより均一になる。
【００８５】
支持基材、カソードを形成する導電層、バラストを形成する抵抗層、障壁層、及び触媒層の、この特有のスタックが、電界放出フラットスクリーン用のカソード構造物を製造するために用いられる。電界放出フラットスクリーンにおいて使用されうる電気的に独立したナノ構造物を有するいくつかの実施例のカソード構造物を示す。
【００８６】
本発明によるカソード構造物の第１の実施例は、図９ｂにおいて例示される。これは、横断面図に示される、Ｉ型のトライオード構造である。このカソード構造物が、導電材料で作製される２つの部分におけるカソード電極６０３が上に存在している支持材６００、カソード電極６０３の２つの部分及びこれら２つの部分に位置する支持面６００を覆う抵抗層６０６、電子抽出ゲートを形成する絶縁層６１１及び金属層６１５、を備えていることが、図９ａにおいて示されている。幅Ｌの穴６２０は、抵抗層６０６を露出させる。障壁層６０１及び触媒層６０２で構成される幅ｄのスタックは、穴６２０の中央でそしてカソード層６０３から距離Ｓで、抵抗層６０６上で支持される。距離Ｓは、抵抗層の有効長が、（Ｓ＝０（カソード層上の抵抗層）の場合におけるようなこの層の厚さのオーダーではなく）Ｓのオーダーであるように、選択される。これにより、同一厚さ及び抵抗率の抵抗層に対してより高い抵抗を付与しうるし、それ故、放射をより均一にしうる。好ましくは、障壁層６０１及び触媒層６０２で構成されるスタックの幅ｄは、穴の幅Ｌと比較して小さい。このようにすることで、作動中におけるカソード及びゲート間のリーク電流源となる、ゲート電極にナノ構造物の接触する可能性を制限することができる。この場合において、カソード電極６０３の部分は、抽出ゲート６０５に垂直に整列している。カソード電極６０３の部分は、ゲート６０５を通る垂直線から後退していてもよい。文献[４]は、この構造物を製造する方法の詳細を含んでいる。
【００８７】
次のステップは、上述した製造方法による、触媒層６０２の構造化、障壁層６０１のエッチング、及びナノ構造物６０４の成長、である。その結果物は、障壁層６０１で作製されるベース、及び、＜チップ成長＞型の触媒成長による触媒６０２で作製される先端を備える、電気的に独立したナノ構造物６０４である（図９ｂ参照）。この特定の実施例において、ナノ構造物６０４は、抵抗層６０６を介してカソード電極６０３の部分に、電気的に接続している。この図には単一の放出デバイスが示されているが、カソード構造物はいくつかの他のものを含みうることに注意すべきである。
【００８８】
Ｉ型のカソード構造物の第２の実施例が、図１０に例示されている。支持材７００は、電気的絶縁材料で作製される層７１１を支持している。この層７１１は、穴７２０を穿設して、そして、絶縁層７１１の上面は、穴７２０を囲んで抽出ゲートを形成している金属層７１５を支持する。電気的に独立なナノ構造物７０４を囲むカソードを形成する導電層７０３で構成される幅ｄのスタックが、幅Ｌの穴７２０の底部に、存在している。上述した実施例と同様に、スタックの幅ｄは、穴の長さＬと比較して小さいことが好ましい。
【００８９】
これらのナノ構造物７０４は、抵抗層７０６、障壁層７０１、及び触媒層７０２で構成される、当初のスタックから開始する本発明による方法におけるステップを行うことによって得られた。この実施例は、図７で述べたように、抵抗層７０６の全厚さがエッチングされていることを示す。
【００９０】
最後に、図１１は、本発明によるＩＩ型のカソード構造物の断面図及び線図を示す。電気的絶縁材料で作製される層８１１は、層８１１の上面上に位置して電気的に独立なナノ構造物８０４を支持するカソード８０３を囲んでいる、２つの部分で構成されるゲート電極８１５を、その下部面で支持する。これらのナノ構造物８０４は、抵抗層８０６、障壁層８０１、及び触媒層８０２で構成される、当初のスタックから本発明によるステップを行うことによって得られた。この実施例において、抵抗層８０６の全厚さは、図７で述べたように、エッチングされている。
【００９１】
カソード構造物の製造のための特定の場合において、障壁層のエッチングステップに対して、いくつかの制約が現れうることに注意すべきである。
【００９２】
考慮すべき第１の製造における制約は、図９ａ及び図９ｂ及び図１０の場合（ゲート導体６１５又は７１５）のように、カソード構造物のゲート導体が保護されないときに、現れる。ゲート電極に対する材料は、障壁層に対して選択されるエッチングに敏感ではない（反応しない）ように選択されなければならない。例えば、ＳＦ６ ＲＩＥプラズマが障壁層をエッチングするために用いられる場合、銅又はアルミニウムのゲート電極はプラズマによって侵されない（アタックされない）。
【００９３】
他の制約は、図９ｂに示されている場合のように、カソードがナノ構造物に対して横方向に配置されているときに、抵抗層をその全厚さに亘ってエッチングしないということである。抵抗層６０６の全厚さがエッチングされる場合、ナノ構造物は、カソードから電気的に離隔されうる。この場合において、抵抗層６０６は、ナノ構造物６０４をカソード構造物６０３の部分に電気的に接続することを忘れてはならない。それとは逆に、カソードが電子放出ナノ構造物に垂直に整列しているとき（例えば図１０又は図１１参照）、抵抗層の全厚さがエッチングされる（エッチングが、カソード及びおそらく埋込ゲートといった、下に位置する電極のみを残すように、供給される）。この種のエッチングは、カソード及びゲート導体との間の絶縁を向上するという利点を有しうる。例えば、銅又はアルミニウム電極は、ＳＦ６ ＲＩＥエッチングに対して選択されうる。
【００９４】
上述したカソード構造物の各々は、電界放出フラットスクリーンを作製するために使用されうる。これは、発光層によって覆われるアノードに対向するカソード構造物を配置することによってなされ、そして、アノード及びカソード構造物を離隔する空間に、真空が生成される。
【００９５】
概して、電界放出フラットスクリーンは、電子エミッタとして製造され使用するカーボンナノ構造物（ナノチューブ又はナノフィラメント）であることが望ましい。カーボンナノ構造物は、いくつかの利点を有している。
【００９６】
第１に、カーボンナノ構造物は、電界がナノ構造物の先端で先端効果によって増幅できるように、高いアスペクト比（長さ／半径）を有する。これにより、電子は、比較的低い印加電場に対する電界効果によって抽出されうる。
【００９７】
さらに、カーボンナノ構造物の電気及び熱伝導率は、電極としての用途に適合し、そして、これらの化学不活性は、長期的にそれらの特性の良好な安定度を保証する。
【００９８】
最後に、カーボンナノ構造物は、広い領域で、そして、比較的低コストで、インサイチュで局所的に合成されうる。
【００９９】
一方で、カーボンナノ構造物には、幅広い分布のアスペクト比を有するという不利な点がある。これにより、所与の印加された電界に対して、その先端（チップ）での電界の幅広い分布が生じてしまう。電界放出によって抽出される電流は、エミッタの先端で、電界に指数的に依存する。それ故、各エミッタからの均一な電流出力を得ること、そして、スクリーンに対して改良された表示品位をもたらすスクリーン上における均一な輝度を得ることが要求される場合に、この分布を最小化することが重要である。
【０１００】
従来技術における１つの低コストの解決法は、障壁層下部に抵抗層を配置すること、そして、互いに電気的に離隔された障壁層のパッド上でナノチューブをグループ化すること、で構成されている（図８参照）。しかしながら、これでは、同一パッド上における一群のナノチューブ内における問題が解決されなかった。本発明は、この制限を解決している。なぜなら、得られたナノ構造物は、抵抗層によって個々に固定（クランプ）されており、各電子放出ナノ構造物のベースでの電位は、各々異なり、そして、これを通る電流に比例するからである（図６及び図７参照）。それ故、本発明は、同一の印加電界状況下で作動可能な放出ナノ構造物の数を増加するために使用されうる。理想的には、全ての放出ナノ構造物が、（当技術における現状による１／１０４と比較して）共に作動できる。
【０１０１】
本発明による方法については、文献[４]において記述されているようなそして上述した図４に示されているような、各々から離隔されたパッドの形態の障壁層を構築する何らの必要性も存在していない点に注意すべきである。障壁層の連続ストリップを堆積することができる。何故なら、触媒で覆われていない領域において障壁層がその後エッチングされるからである。同一パッド３４上に位置するナノ構造物４２が電気的に依存している従来技術（図１２参照）とは異なり、本発明によるナノ構造物５２は、幅ｄのストリップに沿って連続的に分布されて、そして依然として、電気的に独立している（図１３参照）。従って、ナノ構造物が電気的に独立である一方で、最終デバイスの放射表面は、従来技術よりも良好であり、このように、これらの表面からの放出の均一性が向上している。
【０１０２】
このように、Ｉ型のトライオード構造を作製するために新しい方法が想定されうる。図１４Ａから図１４Ｋは、真空堆積及びフォトリソグラフィ技術を使用するこの方法におけるステップを示す。
【０１０３】
第１に、図１４Ａに示すように、２つの部分のカソード電極７３と、２つの部分のカソード電極７３を覆う抵抗層７６と、障壁層７７と、触媒層７８と、絶縁層７１と、電子抽出ゲートを形成する金属層７５と、フォトレジスト層７９と、を備えるスタックが、支持材７０上に重畳される。
【０１０４】
カソード電極７３は、例えばガラスで作製される支持材７０上に、例えばモリブデン、ニオブ、銅又はＩＴＯといった導電材料の堆積によって得られる。それから、導電材料の堆積物は、概して幅１０μｍ、及び２５μｍに等しいピッチのストリップにエッチングされる。カソード電極７３は、２つのストリップを連係させることで形成される。
【０１０５】
他の層は、後述の手順による真空堆積によって得られる。アモルファスシリコンで作製される抵抗層７６、約１００ｎｍ厚さのＴｉＮで作製される障壁層７７、約１０ｎｍ厚さのＮｉで作製される触媒層７８、二酸化ケイ素（シリカ）又は窒化ケイ素で作製される１μｍ厚さの絶縁層７１に続いて、電子抽出ゲートを形成するアルミニウムで作製される金属層７５、そして最終的に、フォトレジスト層７９、である。
【０１０６】
次のステップは、フォトレジスト層のフォトリソグラフィである（図１４Ｂ参照）。フォトレジストの厚さは、約６μｍ幅のポート８０を得て、下方のゲート金属層７５を露出させるために、エッチングされる。
【０１０７】
次のステップは、エッチングマスクとしてフォトレジスト７９を使用する、酢酸、硝酸、及びオルトリン酸を含む混合物での、アルミニウムで作製されるゲート層７５の、ケミカルエッチングである（図１４Ｃ参照）。
【０１０８】
次のステップは、前のステップの間に、ゲート層中に形成されたポートを通してＨＦを加えることで、シリカ層７１の厚さの溝（グルーブ）を開くことである（図１４Ｄ）。ＨＦによるこのウェットエッチングは、ゲート層の“下で”エッチングをもたらし、従って、ゲートで張り出し部（オーバーハング部）を生成する。
【０１０９】
次のステップは、ポートの底部に、そして、フォトレジスト層上に、クロムで作製される保護層８２を蒸着によって堆積させることである（図１４Ｅ）。
【０１１０】
図１４Ｆによれば、クロム層８２によって保護されていない触媒層は、例えばオルトリン酸を使用して、エッチングされる。シリカ層によって覆われていないアルミニウムゲート層（オーバーハング部）も、ゲート及び将来の電子放出領域の間に（上述した）スペースＳを形成して、従って、短絡を防止するために、同時にエッチングされる。
【０１１１】
次のステップは、過塩素酸及びアンモニウムセリウム硝酸塩の商業用の混合物を用いてエッチングすることによって保護層を除去することである（図１４Ｇ）。そして、フォトレジストは、“リフトオフ”技術を用いて除去される（図１４Ｈ）。
【０１１２】
触媒層は、触媒島が得られるまで、断片化される（図１４Ｉ）。そして、触媒によって保護されていない障壁層は、例えばＳＦ６ ＲＩＥプラズマによってエッチングされる（図１４Ｊ）。
【０１１３】
最後に、ナノ構造物８４を、触媒島上で成長させる（図１４Ｋ）。
【０１１４】
この方法の利点は、エッチング用のマスクの配列の数が最小化されることである。カソード電極をエッチングするために１つのマスクのみが使用され、フォトレジストをエッチングするために１つのマスクが使用される。
【０１１５】
電気的に独立したナノ構造物を得る必要性は、ナノチューブが電気的機能を行って、導電層で支持される任意の領域で生じうる。例えば、電気的に独立したナノ構造物は、２つの電極間の伝導又は半伝導チャネルとして使用されうる。例えば、カーボンナノチューブは、伝導チャネルとして用いられることができ、チップにおける２つの異なる金属化（メタライゼーション）層を接続することができる。このカーボンナノチューブは、電界移動によって誘導される絶縁破壊（ブレークダウン）を受ける、銅の伝導チャネルよりも１０００倍大きい電流密度に抗することが可能であるはずである（文献[９]参照）。
【０１１６】
半伝導チャネルとして作用するナノチューブは、垂直に同軸のゲート型ＣＮＴトランジスタを得るためにも作製されうる（文献[９]及び[１０]参照）。
【０１１７】
従来技術において、第１の支持材３０（例えばチップ）の電極Ｂと第２のオーバーハングしている支持材６０の電極とを接続するために使用されるカーボンナノチューブの伝導チャネル５０は、電極Ｂを含む第１の支持材３０上に固体伝導障壁層３１を堆積して、次いで、電極Ｂをオーバーハングしている各領域上に触媒層３２を堆積して、そして、上側の支持材６０の電極Ａを接続するためのカーボンナノチューブ３４のＣＶＤ成長によって、通常作製される（図１５ａ参照）。本発明によれば、各ナノチューブ３４の底部で障壁層３１が触媒３２をエッチングマスクとして用いてエッチングされるため、各伝導チャネル５０は、その近隣と電気的に絶縁されている（図１５ｂ）。
【０１１８】
要約すると、本発明による方法は、実装が容易で、安価であり、自己整列され（言い換えればエッチングマスクの整列の必要が無く）、そして、広範囲の寸法の触媒粒子に適合する、という利点を有する。本発明によって使用されうる触媒島の最小サイズは、エッチングの異方性の程度、選択性の程度、そして、エッチングされる表面層の厚さによって、修正される。
[参考文献一覧]
[1]仏国特許２，５９３，９５３号明細書（米国特許第４，８５７，１６１号明細書に対応）
[2]仏国特許２，７９８，５０７号明細書
[3]仏国特許２，７９８，５０８号明細書（米国特許第６，８１５，９０２号明細書に対応）
[4]欧州特許１，３３６，９８０号明細書（米国特許出願公開２００３／０１８４３５７号明細書に対応）
[5]<<The Thermodynamics and Kinetics of Film Agglomeration>>, David J. Srolovitz and Max G. Goldiner, Journal of Metals (1995), 47(3), 31-36, 76-77
[6]<<Control of carbon nanotubes density through Ni nanoparticle formation using thermal and NH3 plasma treatment>>, Jong Hyung Choi et al., Diamond and related materials (2003), 12, 794-798.
[7]<<Density control of carbon nanotubes using NH3 plasma treatment of Ni catalyst layer>>, Jong Hyung Choi et al., Thin Solid Films (2003), 435, 318-323.
[8]<<Growth of aligned carbon nanotubes with controlled site density>>, Y. Tu et al., Applied Physics Letters (2002), 80(21), 4018-4020.
[9]G.S. Duesberg et al./ Diamond and Related Materials 13 (2004) 354-361.
[10]A.P.Graham et al./ Diamond and Related Materials 13 (2004) 1296-1300.
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、すでに記述されているように、従来技術によるＩ型のトライオードの放出層を有するカソード構造物の横断面図である。
【図２】図２は、すでに記述されているように、従来技術によるＩＩ型のトライオードの放出層を有するカソード構造物の横断面図である。
【図３】図３は、従来技術による放出層を有する、Ｉ型のカソード構造物の他の例の横断面図である。
【図４】図４は、図３で示されるような放出層を有する、Ｉ型のカソード構造物の平面図である。
【図５】図５は、本発明によるナノ構造物を製造するための処理におけるステップを示す。
【図６】図６は、ナノ構造物が電気的に独立している本発明の例示の実施の形態における横断面線図である。
【図７】図７は、ナノ構造物が電気的に独立している本発明の他の例示の実施の形態における横断面線図である。
【図８】図８は、従来技術による障壁層パッド上のナノ構造物の横断面線図である。
【図９ａ】図９ａは、本発明によるカソード構造物の電気的に独立したナノ構造物の製造におけるステップを例示する。
【図９ｂ】図９ｂは、本発明によるカソード構造物の電気的に独立したナノ構造物の製造におけるステップを例示する。
【図１０】図１０は、本発明によるカソード構造物の横断面図である。
【図１１】図１１は、本発明による他のカソード構造物の横断面図である。
【図１２】図１２は、従来技術による放出層を有するＩ型のカソード構造物の平面図である。
【図１３】図１３は、本発明による放出層を有するＩ型のカソード構造物の平面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｆ】図１４Ｆは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｇ】図１４Ｇは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｈ】図１４Ｈは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｉ】図１４Ｉは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｊ】図１４Ｊは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｋ】図１４Ｋは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１５ａ】図１５ａは、従来技術による、２つの電極間の伝導又は半伝導チャネルとして作用するナノチューブを表す。
【図１５ｂ】図１５ｂは、本発明による、２つの電極間の伝導又は半伝導チャネルとして作用するナノチューブを表す。
【符号の説明】
【０１２０】
１００ 支持材
１０１ 表面層
１０２ 触媒層
１０４ ナノ構造物
２０１ 表面層島
２０２ 触媒島
４０３ 導電層（カソード層）
４０６ 抵抗層
６００ 支持材
６０１ 障壁層
６０２ 触媒層
６０３ カソード電極
６０４ ナノ構造物
６０５ 抽出ゲート
６０６ 抵抗層
６１１ 絶縁層
６１５ 金属層
６２０ 穴
７００ 支持材
７０１ 障壁層
７０３ 導電層
７０４ ナノ構造物
７０６ 抵抗層
７１１ 絶縁層
７１５ 金属層
７２０ 穴
８０３ カソード
８１１ 絶縁層
８１５ ゲート電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、支持材上にナノ構造物を製造する方法に関し、特に電気的に独立したナノ構造物を製造する方法に関する。本発明は、フラットスクリーン用のカソード構造物において電子を放出するナノチューブに特に適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
我々がここで参照するナノ構造物は、被支持触媒上に触媒成長によって局所化（ローカライズ）される、自動で組み立てられた構造物である。例えば、本発明は、ナノチューブ、ナノフィラメント、又はナノワイヤに関連しうる。
【０００３】
被支持触媒上にナノ構造物の触媒を成長させることで、触媒支持材用の材料が必要となり、これにより、支持材内での、そして特に成長温度での、触媒の拡散が制限されてしまう。
【０００４】
さらに、電気的にアドレス指定可能でそして電気的に独立なナノ構造物を得ることを必要とする場合、触媒支持材は導電性でなければならないが、ナノ構造物同士の間に電気的接触部を形成してはならない。従って、支持材は、不連続でなければならず、言い換えれば、自動で組み立てられた構造物の下では導電性でなければならず、そして、自動で組み立てられた構造物同士の間では電気的に絶縁（又は消失）されていなければならない。
【０００５】
この種の不連続な支持材を得る１つの公知の方法は、電子又は光リソグラフィ技術を使用して支持材を構築することからなる。しかしながら、小さく及び／又は高密度で自動化された構造に対して、これらの技術は非常に高価であり、部分的にのみ効果的でありうる。
【０００６】
電界放出によって励起されたカソードルミネセンスディスプレイ装置において、そして、特に電界放出フラットスクリーンにおいて、使用されるカソード構造物の領域の支持材上の電気的に独立したナノ構造物を得ることは、特に興味深い。
【０００７】
電界放出によって励起されるカソードルミネセンスディスプレイ装置は、電子を放出するカソードと、発光膜で覆われるカソードに対向しているアノードと、を備える。アノード及びカソードは、真空が生成されるスペースで区切られる。
【０００８】
使用されるカソードは、しばしば複合ダイオード又はトライオード型のカソード構造物である。トライオード構造は、カソードから電子の抽出を容易にするゲートと呼ばれる追加電極を備えている。いくつかのトライオード構造は、従来技術においてすでに想定された。それらは、カソードに関するゲートの位置の関数として、２つの主要な群（ファミリ）に分類されうる。
【０００９】
トライオード構造の第１の群は、絶縁層中に作製される穴の底でカソードが堆積されてゲートが絶縁層上に位置する構造を含む。これらのトライオード構造は、Ｉ型構造と呼ばれる。この種のトライオード構造の例は、電界放出によって励起されるカソードルミネセンスディスプレイ装置を製造する方法を公表する、本明細書の説明の文末で参照される文献[１]に記載され、図１において例示される。図１は、電界放出によって励起したカソードルミネセンスディスプレイ装置用の公知の技術によるＩ型のカソード構造物の断面図を概略的に示す。この図には、１つの放出デバイスのみが示される。電気的絶縁材料で作製される層１は、円形穴２を穿設されて、支持材１０上に堆積される。穴２の底で、（図１で示されるような穴の全体に亘って又は局所的に）カソードを形成している導電層３が堆積され、そして、電子放出材料４で作製される層４（例えばカーボンナノチューブといった電子放出ナノ構造物の層）を支持する。絶縁層１の上面は、電子抽出ゲートを形成していて、穴２を囲んでいる金属膜５を支持する。
【００１０】
トライオード構造の第２の群は、カソードが絶縁層上に堆積されてゲートが絶縁層下に位置する構造を含む。これらのトライオード構造は、ＩＩ型構造と呼ばれる。この種のトライオード構造は、文献[２]及び[３]に記載されている。そして、図２は、電界放出によって励起したカソードルミネセンスディスプレイ装置用の公知の技術によるＩＩ型のカソード構造物の断面図を概略的に示す。この図には、１つの放出デバイスのみが示される。支持材２０上に堆積される電気的絶縁材料で作製される層１１は、層１１の上面上に配置されたカソード１３を囲んで電子放出材料で作製される層１４を囲む２つの部分で構成される下面上でゲート電極１５を支持する。
【００１１】
放出をより均一にするために、そして、Ｉ型及びＩＩ型カソード構造物からの電子放出が正確に起こることを保証するために、個々のエミッタで放出される電流を制限する目的で、カソード導体及び放出層の間に抵抗層を追加することによってカソードでスタックを複雑化することが可能である（文献[４]参照）。このように、抵抗層は、電子放出を調整する役割を行う。
【００１２】
Ｉ型の１つの変形例は、図３において例示される。この図において、このカソード構造物が、導電材料で作製される２つの部分のカソード電極３３と、カソード電極３３の２つの部分及びこれらの２つの部分の間に位置する支持材３０の表面を覆う抵抗層３６と、絶縁層３１と、電子抽出ゲートを形成している金属層３５と、を含み、これら全てが支持材３０上に重畳されていることが理解されうる。幅Ｌの穴３２によって、抵抗層３６が露出される。穴３２の中心部で、そして、成長領域から形成されるカソード層３３からの距離Ｓで、放出材料の層３４は、抵抗層３６上に戴置している。抵抗層の有効長が、抵抗層における同一の厚さ及び抵抗率に対してより高い抵抗を付与しうるような、そしてこれにより、放出の均一性を向上しうるような、Ｓのオーダーとなるように（Ｓ＝０（カソード層上の抵抗層）の場合のようなこの層の厚さのオーダーではなく）、距離Ｓは選択される。放出材料の層３４の成長領域の幅ｄは、穴の幅Ｌと比較して小さいことが好ましい。これにより、作動中にカソード及びゲート間のリーク電流の源となる、電子放出材料の層がゲート電極に接触する可能性が制限される。この場合、カソード電極３３の部分は、抽出ゲート３５に垂直に整列する。これらの部分は、ゲート３５のラインから後退されていてもよい。この構造物を製造する方法の詳細は、文献[４]において付与される。成長領域は、不連続でもよく、図３のカソード構造物の可能な平面図である図４に示すように、パッド中に構築されうる。電子放出材料の層３４が距離Ｓと同じオーダーの大きさである距離Ｕで区切られる２つの成長パッド上に分布されることが示される。この放出層を別々のパッドに分布させることで、これらの放出領域の互いからのいくらかの電気的な独立性が保証され、そしてそれ故、各パッドに対する抵抗層のより効率的な動作が保証される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
理想的には、抵抗層が各ナノ構造物に対してその個々の役割を完全に実行することができるように、電子を放出するナノ構造物は各々から電気的に絶縁されなければならない。しかしながら、放出ナノ構造物の半径がわずか２、３ナノメートル又は数十ナノメートルである一方で、光リソグラフィは、コスト的な理由のために、最も少ない寸法が約５μｍである構造に対して使われるだけである。
【００１４】
このように、従来技術においては、各々の放出ナノ構造物よりもむしろ、放出ナノ構造物のグループが、電気的に絶縁される。電流の均一性に関する問題は、放出ナノ構造物の単一のグループ内で解決されない。それらを支持するパッドが導電性であるからである。
【００１５】
本発明の目的は、支持材上にナノ構造物を得るための方法、特に電気的に接続されて独立なナノ構造物を得る方法を提案することである。この方法は、従来技術による公知の方法よりも効果的でかつ安価なものである。
【００１６】
さらに一般的にいえば、本発明が解決するように設計されている課題は、リソグラフィマスク（隔離による樹脂の堆積及び構造化等）又はマスク位置合わせを使用すること無しに、ナノ構造物の整列された成長のための、構造化された二重層を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この目的は、下記のステップを含むことを特徴とする、支持材上のナノ構造物を製造する方法によって達成される。
これらのステップは、
面の１つの上に表面層が設けられている支持材を供給するステップと、
触媒によって覆われた前記表面層の領域及び前記触媒によって覆われていない前記表面層の領域を露出するパターンに従って、構造化された触媒層によって前記表面層を覆うステップと、
前記触媒層によって覆われていない領域中における前記表面層の厚さをエッチングするステップと、
前記触媒によって覆われた前記表面層の領域上にナノ構造物を選択的に成長させるステップと、である。
【００１８】
有利には、前記表面層は、前記支持材に対する前記触媒の拡散に対する「障壁層」である。
【００１９】
本発明において、「障壁層」は、特に触媒上でナノ構造物が成長される温度で、前記障壁層に粘着される触媒材料の拡散を制限する材料で作製される層である。
【００２０】
得られるナノ構造物は、ナノチューブ、ナノフィラメント、又はナノワイヤであってもよい。
【００２１】
前記触媒層は、エッチングステップに対するエッチングマスクとして使用される。前記触媒によって覆われない領域中の前記表面層のエッチングステップは、エッチングマスクとして触媒粒子を用いる前記表面層の選択的及び異方性エッチングからなる。エッチングは、前記表面層が前記触媒によって覆われていない領域中において消えるまで継続される。
【００２２】
有利には、前記表面層は、導電性又は半導電性材料で作製され、そして、前記ナノ構造物は、導電性又は半導電性材料で作製される。従って、結果物は、電気的に独立したナノ構造物である。
【００２３】
有利には、前記支持材は、前記表面層を支持する面上の抵抗層を備える。抵抗層は、通過する電子流を制限するか又は調整するために、充分な抵抗率及び厚さを有する材料で作製される層を意味する。例えば、電子放出ナノ構造物の場合、抵抗層は、電子放出をより均一にするために、ナノ構造物によって放出される電流を、特に電流が高いときに、制限するか又は調整するために使用されうる。
【００２４】
１つの変形例によれば、前記支持材は、前記抵抗層と接触する導電材料で作製される層を備える。例えば、導電材料の層は、前記抵抗層の下に存在していてもよい。
【００２５】
有利には、前記抵抗層の厚さの少なくとも一部は、前記表面層がエッチングされる領域中においてエッチングされる。
【００２６】
１つの実施例によれば、前記触媒層は、表面層上の触媒膜の断片化（フラグメンテーション）によって、得られたパターンに従って構造化される。前記触媒膜は、当初連続的でもよい。前記触媒膜は、当初不連続的でもよいが、この場合、触媒層の断片化による構造化ステップは、必須ではない。
【００２７】
有利には、前記表面層上の触媒膜は、前記触媒膜の温度を上昇させることによって断片化される。
【００２８】
１つの変形例によれば、前記触媒膜の温度は、例えば焼なまし（アニーリング）によって全体的に上昇する。
【００２９】
他の変形例によれば、前記触媒膜の温度の上昇は、例えばレーザー照射によって、又はプラズマ効果によって、前記表面上に局所化される。
【００３０】
有利には、前記表面層は、前記触媒膜の断片化を容易にする材料で作製されている。
【００３１】
他の変形例によれば、前記表面層上の触媒膜は、前記触媒膜の不均質な乾式又は湿式のエッチング技術を使用して断片化される。換言すれば、いくつかの部位だけが、例えば粒子接合（グレインジョイント）で、エッチングされる。
【００３２】
第１の変形例によれば、前記構造化された触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行する前に調整される。有利には、前記触媒層のパターンは、前記触媒層をエッチングすることによって調整される。
【００３３】
第２の変形例によれば、前記触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行した後に、前記触媒層中でエッチングして調整される前記触媒層をエッチングすることによって調整される。これは、ナノ構造物の形態を調整する手段を提供する。
【００３４】
第３の変形例によれば、前記触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行する前に前記触媒層のエッチングによって第１に、そして、前記表面層をエッチングした後に前記触媒層をエッチングすることによって第２に、調整される。
【００３５】
有利には、前記触媒上のナノ構造物の選択的な成長は、プラズマ支援又はプラズマ非支援の、化学気相堆積（ＣＶＤ）によってなされる。
【００３６】
変形例として、前記表面層のエッチングステップは、ナノ構造物の選択的な成長の後に、実行される。
【００３７】
有利には、前記表面層は、前記支持材に向かう前記触媒の拡散に対する障壁層である。
【００３８】
本発明は、上述した生産工程を使用して得られた電気的に独立したナノ構造物を具備している、異なる種類のカソード構造物にも関する。
【００３９】
本発明は、
カソードを形成する導電層と、
前記触媒の拡散への障壁層を覆う触媒層から形成される電子放出ナノ構造物を備える少なくとも１つの電子放出領域と、
を備え、
前記障壁層は、抵抗層によって支持され、前記ナノ構造物は、前記障壁層及び前記抵抗層を介して、前記カソードを形成する前記導電層に電気的に接続され、
前記ナノ構造物によって放出される電子を抽出するための抽出ゲートを形成する金属層、を備え、
前記ナノ構造物は、電気的に独立したナノ構造物であることを特徴とする、カソード構造物に関する。
【００４０】
第１の実施例によれば、前記カソードを形成する導電層は、電気的絶縁材料で作製される層中に形成される少なくとも１つの穴の底部に配置され、前記カソードを形成する前記導電層は前記抵抗層を支持して、ナノ構造物を備える前記電子放出領域をそれ自体で支持して、電気的絶縁材料で作製される前記層の上面は、前記抽出ゲートを形成する金属層を支持する。
【００４１】
第２の実施例によれば、前記カソードを形成する前記導電層及びナノ構造物を備える前記電子放出領域は、一方を他方の端部に配置して、前記抵抗層によって離隔される。前記抽出ゲートを形成する前記金属層は、前記カソードを形成する前記導電層から電気的絶縁層によって離隔される。これらは、前記カソードを形成する前記導電層と前記放出領域との間に挿入される抵抗層を介して、電気的に接続される。
【００４２】
第３の実施例によれば、前記電気的絶縁材料層の下部面は、２つの部分に分けられる抽出ゲートを形成していて、電気的絶縁材料層の上面上に位置するカソードを形成する導電材料の層を囲む、金属層を支持する。前記カソードを形成する前記導電層は、それ自体で電子放出領域を支持する抵抗層を支持する。
【００４３】
最後に、本発明は、発光層によって覆われる、カソード及びアノードを備える装置に関する。前記アノードは、前記カソードに対向して配置され、前記アノード及び前記カソードは、真空が生成される空間によって離隔され、前記カソードは、本発明による方法を用いて作製される電気的に独立したナノ構造物を備えることを特徴とする。
【００４４】
本発明は、本発明による少なくとも１つのカソード構造物を備えることを特徴とする電界放出フラットスクリーンにも関する。
【００４５】
添付の図に関する非制限的な実施例として与えられる以下の説明を読んだ後に、本発明がよりよく理解され、そして、他の効果及び特徴が現れる。
【００４６】
図１は、すでに記述されているように、従来技術によるＩ型のトライオードの放出層を有するカソード構造物の横断面図である。
【００４７】
図２は、すでに記述されているように、従来技術によるＩＩ型のトライオードの放出層を有するカソード構造物の横断面図である。
【００４８】
図３は、従来技術による放出層を有する、Ｉ型のカソード構造物の他の例の横断面図である。
【００４９】
図４は、図３で示されるような放出層を有する、Ｉ型のカソード構造物の平面図である。
【００５０】
図５ａから図５ｄは、本発明によるナノ構造物を製造するための処理におけるステップを示す。
【００５１】
図６は、ナノ構造物が電気的に独立している本発明の例示の実施の形態における横断面線図である。
【００５２】
図７は、ナノ構造物が電気的に独立している本発明の他の例示の実施の形態における横断面線図である。
【００５３】
図８は、従来技術による障壁層パッド上のナノ構造物の横断面線図である。
【００５４】
図９ａ及び図９ｂは、本発明によるカソード構造物の電気的に独立したナノ構造物の製造におけるステップを例示する。
【００５５】
図１０は、本発明によるカソード構造物の横断面図である。
【００５６】
図１１は、本発明による他のカソード構造物の横断面図である。
【００５７】
図１２は、従来技術による放出層を有するＩ型のカソード構造物の平面図である。
【００５８】
図１３は、本発明による放出層を有するＩ型のカソード構造物の平面図である。
【００５９】
図１４Ａから図１４Ｋは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【００６０】
図１５ａ及び図１５ｂは、それぞれ、従来技術及び本発明による、２つの電極間の伝導又は半伝導チャネルとして作用するナノチューブを表す。
【００６１】
これらの図において表される異なる要素は、簡略化のためにスケールで描かれていないことに注意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
ここで、本発明による支持材上の電気的に独立したナノ構造物の例示の実施の形態を詳細に記述する。
【００６３】
表面層１０１は、例えばガラス基板のような、支持材１００の面上に堆積される。有利に、この層は障壁層であり、言い換えれば、これは、（特にナノ構造物の成長温度で）基板への触媒の拡散を制限する材料で作製される。電子輸送機能を有する電気的に独立なナノ構造物を得ることが要求されるため、障壁層は導電性でなければならないということを忘れてはならない。何故なら、ナノ構造物は、これらの支持材（この場合表面層）を介して電気的にアドレスされるからである。この表面層は、ＴｉＮ、ＴｉＷ、ＴａＮ、Ｃｒ、Ｍｏ…の中から選択される材料で作製されうる。
【００６４】
さらに、ディウェッティングによる断片化によって触媒層が構造化されることを要求される場合、表面層は、ディウェッティングを容易にする材料で作製されることが好ましい。
【００６５】
この例では、この材料は、約１００ｎｍの厚さを有するＴｉＮで作製される表面層１０１を堆積させるために選ばれる。
【００６６】
例えば１０ｎｍの厚さのＮｉで作製される触媒層１０２は、この表面層１０１より上に堆積する。この触媒層がディウェッティングによって断片化（フラグメント）される場合、触媒層の厚さは、使用する材料に依存して例えば文献［５］で研究されているような、当業者に知られている所与の閾値よりも小さくなければならない。概して、Ｎｉの厚さは、ＴｉＮ上のＮｉのディウェッティングを６００℃で達成するために、１０ｎｍ以下でなければならない。図５ａにて図示したように、この結果物は、表面層１０１及び触媒層１０２を支持している支持基板１００で構成されるスタックである。ＴａＮで作製される表面層１０１、及び、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔで構成されるグループから選択される材料、又はこれらの材料の１つを含む任意の合金で作製される触媒層１０２を選択することも可能であろう。ＴｉＮ層１０１及びＮｉ層１０２の堆積物は、例えばカソードスパッタリング及び真空蒸着によってそれぞれ得られうる。
【００６７】
そして、触媒層１０２は、触媒が存在している中実の（ソリッドの）領域と触媒が消失して下にある表面層１０１を露出する領域とを含むパターンを有するように、構造化される（図５ｂ）。中実の領域は、ナノ構造物が成長するいわゆる成長領域を形成する。
【００６８】
この構造は、表面層上の触媒層の断片化によって達成されうる。断片化は、（例えばアニーリングによって）スタックの温度を全体的に上昇させることによって、又は、（例えばレーザー照射又はプラズマによって）表面上に局所的に上昇させることによって、得られうる。２つの材料の表面エネルギー差がディウェッティングによる断片化を可能にするのに十分であるような（障壁層−触媒）組である場合にのみ、断片化が起こることに注意されたい。材料のＴｉＮ−Ｎｉ組に対して、水素の０．２ｍｂａｒｓの圧力下での６００℃でアニーリングは、Ｎｉの厚さ１０ｎｍの層に適している。
【００６９】
断片化は、触媒層１０２の（例えばプラズマによる）不均質な乾式又は湿式のエッチング技術によっても得られうる。このように、３９０℃でのＮＨ３のＤＣプラズマによるエッチングは、Ｎｉ膜を断片化しうる（例えば本明細書の文末で言及した文献［６］及び［７］を参照）。
【００７０】
１つの変形例によれば、触媒層１０２は、初期に不連続又は構造化されていてもよい。触媒層を直接構造化された形態で堆積するための公知技術は、電気化学的堆積（文献［８］参照）、凝集体の堆積、又は不連続成長、極薄の堆積厚さのための環境温度での瞬間的なディウェッティングに対応するボルマー−ウェーバー・モード、を含む。この例において、追加的なステップが、例えばエッチング又はアニーリングによって、表面層をエッチングするために使われるパターンを精製するために実行されうる。しかし、堆積の後に得られたパターンがすでに適切である場合、この追加的なステップは、余分になりうる。
【００７１】
触媒層１０２が適切なパターンに従って構築（構造化）されると、表面層１０１の選択的なそして異方性エッチングが、エッチングマスクとして触媒を使用してなされる。表面層１０１は、触媒層１０２によって覆われていない領域においてエッチングされる。適切なパターンは、ナノ構造物の成長が要求される位置にナノ構造物の成長領域が配置され、しかしながら特に成長すべきナノ構造物の種類に適合する寸法及び密度を有する、パターンを意味する。一般に、パターンは、楕円ベースを有するナノ構造物を得るために、障壁層上にランダムに派出される、触媒の島、換言すれば、卵形の塊を表す。
【００７２】
エッチングは、表面層１０１が触媒１０２によって覆われていない領域中で消失されるまで継続される。そして、支持基材は、表面層島２０１上の触媒島２０２を含む（図５ｃ）。
【００７３】
ＴｉＮ−Ｎｉ材料の組に対する異方的で選択的なエッチングは、ＳＦ６のＲＩＥプラズマを使用して得られうる。ＴｉＮの表面層１０１は、直接的に（異方的エッチング）エッチングされ、そして、Ｎｉの触媒島２０２（選択エッチング）も、表面層島２０１（触媒Ｎｉによって覆われるＴｉＮの表面層）も、エッチングされない。
【００７４】
１つの変形例によれば、構造化ステップの後に得られた触媒島２０２の密度及び径分布は、触媒の部分の乾式又は湿式エッチングによって調整されうる。このように、決定された直径及び密度を有する触媒島が、得られうる。エッチングによるこの調整は、表面層１０１の構造化及びエッチングステップの間、及び／又は、表面層１０１のエッチングステップ及びナノ構造物の選択的な成長ステップの間に、なされうる。後者の場合、支持される表面層パッドよりもより小さい触媒パッドを生成し、場合によってはより安定ナノ構造物を付与しうる。
【００７５】
例えば、触媒の湿式エッチングをすると決定したら、そのサンプルは、決定された時間で触媒のエッチング溶液に浸漬されうる。この場合において、触媒を選択的にエッチングして、その後の成長を触媒するためのナノ構造物の前駆体（ＣＶＤによって成長する場合にはガス状の前駆体）と触媒を反応することを防止しない溶液を使用することが好ましい。例えば、溶液は、一体積の硝酸、一体積の酢酸、及び四体積の水を混合することで作製される溶液は、４５秒間の触媒のエッチングを実行するために用いられうる。
【００７６】
触媒の乾式エッチングを用いると決定したら、エッチングは、プラズマ（ＲＩＥ，ＩＣＰ等）、又は触媒の選択イオン照射によって、なされうる。
【００７７】
触媒島２０２の密度及び径分布は、当初連続的な触媒層の断片化を引き起こすためにディウェッティングによって触媒パターンが得られる場合、触媒層１０２の当初の厚さを制御することによって調整されうる。
【００７８】
最終的に、ナノ構造物１０４の触媒成長は、触媒島２０２からなされる。この成長は、支持材上に固着された触媒を有する触媒成長によってナノ構造物が得られる＜ベース成長＞又は＜ルート成長＞型のものであってもよく、又は、ナノ構造物の先端に触媒２０２を有する触媒成長によってナノ構造物１０４が得られる＜チップ成長＞型のものであってもよい（図５ｄ）。
【００７９】
カーボンナノチューブ１０４は、０．２ｍｂａｒの水素で温度を最大６００℃に上昇して、そして、依然として６００℃でアセチレンの０．２ｍｂａｒの圧力に１分間このサンプルを晒すことによって、カーボンの化学蒸気相堆積（ＣＶＤ）による触媒成長によって、ニッケル触媒２０２の島から得られうる。このように、得られた結果物は、その先端でＮｉの触媒島２０２を有する、ＴｉＮの各表面層島２０１上のカーボンナノチューブ１０４である（＜チップ成長＞型）。ナノチューブは、最大数マイクロメートル長さであってもよく、そして、その半径は、触媒島の半径に略等しくてもよい。ＣＶＤ成長は、（長さ／半径）アスペクト比が図５ｄに示されているように非常に分散している集団のナノチューブを生成するという特色を有する。同図において、様々な高さ及び直径を有するナノチューブ１０４が見られる。
【００８０】
１つの変形例によれば、エッチングはナノ構造物に対して選択的であって、そして、ナノチューブの形状が可能であれば（特にナノ構造物が支持材に対して一列に垂直であることが好ましい）、表面層１０１のエッチングステップは、ナノ構造物１０４の成長ステップ後に行われうる。
【００８１】
本発明は、ナノ構造物を得る方法、及び特に電気的に独立したナノ構造物を得る方法を示す。＜ナノ構造物＞は、１つのナノメートル寸法、換言すれば、０．５及び１００ｎｍの間の寸法を有する、支持された触媒上に触媒成長によって自動組立されて位置される任意の構造物を意味する。＜電気的に独立したナノ構造物＞は、各ナノ構造物に対する電位が異なっているナノ構造物を意味する。一方、例えばナノ構造物同士が導電支持材で支えられて、この支持材を介して互いに電気的に接続している場合といった、ナノ構造物同士の電位が同じであるときに、ナノ構造物は電気的に独立していない。これらのナノ構造物は、概して１つごとのナノ構造物において、例えばナノチューブ又はナノフィラメント又はナノワイヤであってもよいということも忘れてはならない。しかし、これらの要素が同一の触媒島から成長する場合、及び／又は、同じ表面層島上で成長する場合、各ナノ構造物に対していくつかのナノチューブ又はナノフィラメント又はナノワイヤが存在していてもよい。
【００８２】
支持材、障壁層、及び触媒層で単純に構成されるスタックからナノ構造物を形成する１つの実施例の詳細をちょうど記述してきた。特により複雑なスタックを用いる他の例示の実施の形態も可能である。例えば、上述のような同一のステップは、支持基材及び障壁層の間に、抵抗層、又は抵抗層が上にある導電層を挿入することによって実行されうる。ナノ構造物の成長を推進するために、触媒層に換えて、例えばＦｅ及びＭｏで構成される二重層といった複数層を使用することも可能である。
【００８３】
１つの特定の実施の形態によれば、スタックは、ガラス支持基材、カソードを形成するＭｏで作製される導電層４０３、抵抗層（又はバラスト）として作用するＳｉで作製される抵抗層４０６、障壁層４０１、及び触媒層４０２を備えて構成される。そして、上述した図５ａから図５ｄにおけるような同一のステップが、還元すれば、触媒４０２を構造化するためのステップ、障壁層４０１をエッチングするためのステップ、及び触媒島上に成長するナノ構造物４０４を作製するためのステップが、繰り返される。上述の全ての変形例は、障壁層の構造化及びエッチングステップの間に、及び／又は、障壁層のエッチングのためのステップとナノ構造物の選択成長のためのステップの間に、乾式又は湿式エッチングによって、特に構造化のステップ後に得られた触媒島の密度及びサイズ分布を調整することに、適用可能である。
【００８４】
図６は、障壁層４０１のエッチングが抵抗層４０６で停止された場合を示す。しかし、抵抗層上でエッチングを停止することは、この特別な場合において決定的なものではない。抵抗層４０６がカソード層４０３上にあるので、ナノ構造物の電気的な独立を更に容易にするこの抵抗層の全部又は一部をエッチングすることが可能である。図７は、抵抗層４０６の全厚さ及び障壁層４０１の厚さが触媒によって覆われない領域においてエッチングされた場合を例示する。障壁層に対して使用されるエッチング技術が抵抗層に好適である場合、この抵抗層のエッチングは、障壁層のエッチングと同時に、又は他のエッチング技術の直後、又は、（上述したように）ナノ構造物に依存して可能であればナノ構造物の成長後になされうる。図６及び図７に示される例における最終生成物は、ナノチューブ３０４の群のみが電気的に独立しうる図８において示されるような従来技術におけるものとは異なり、電気的に独立したナノチューブである。触媒成長によって触媒３０２から作製されるナノチューブ３０４は、導電層３０３で支えられる抵抗層３０６に堆積される障壁層３０１において作製されるブロック５００に配置される。各ブロック５００は他のブロックから絶縁されているが、各ブロックはいくつかのナノ構造物３０４を支持している。であるから、同じブロックの各ナノ構造物のベースの電位は、同一である。このように、本発明は、各々からのナノ構造物の電気的な独立、及び、各ナノ構造物に対する抵抗層（図６及び７の抵抗を表すジグザクのシンボルで例示される）の個々の動作を保証する。これにより、電子の放出がより均一になる。
【００８５】
支持基材、カソードを形成する導電層、バラストを形成する抵抗層、障壁層、及び触媒層の、この特有のスタックが、電界放出フラットスクリーン用のカソード構造物を製造するために用いられる。電界放出フラットスクリーンにおいて使用されうる電気的に独立したナノ構造物を有するいくつかの実施例のカソード構造物を示す。
【００８６】
本発明によるカソード構造物の第１の実施例は、図９ｂにおいて例示される。これは、横断面図に示される、Ｉ型のトライオード構造である。このカソード構造物が、導電材料で作製される２つの部分におけるカソード電極６０３が上に存在している支持材６００、カソード電極６０３の２つの部分及びこれら２つの部分に位置する支持面６００を覆う抵抗層６０６、電子抽出ゲートを形成する絶縁層６１１及び金属層６１５、を備えていることが、図９ａにおいて示されている。幅Ｌの穴６２０は、抵抗層６０６を露出させる。障壁層６０１及び触媒層６０２で構成される幅ｄのスタックは、穴６２０の中央でそしてカソード層６０３から距離Ｓで、抵抗層６０６上で支持される。距離Ｓは、抵抗層の有効長が、（Ｓ＝０（カソード層上の抵抗層）の場合におけるようなこの層の厚さのオーダーではなく）Ｓのオーダーであるように、選択される。これにより、同一厚さ及び抵抗率の抵抗層に対してより高い抵抗を付与しうるし、それ故、放射をより均一にしうる。好ましくは、障壁層６０１及び触媒層６０２で構成されるスタックの幅ｄは、穴の幅Ｌと比較して小さい。このようにすることで、作動中におけるカソード及びゲート間のリーク電流源となる、ゲート電極にナノ構造物の接触する可能性を制限することができる。この場合において、カソード電極６０３の部分は、抽出ゲート６０５に垂直に整列している。カソード電極６０３の部分は、ゲート６０５を通る垂直線から後退していてもよい。文献[４]は、この構造物を製造する方法の詳細を含んでいる。
【００８７】
次のステップは、上述した製造方法による、触媒層６０２の構造化、障壁層６０１のエッチング、及びナノ構造物６０４の成長、である。その結果物は、障壁層６０１で作製されるベース、及び、＜チップ成長＞型の触媒成長による触媒６０２で作製される先端を備える、電気的に独立したナノ構造物６０４である（図９ｂ参照）。この特定の実施例において、ナノ構造物６０４は、抵抗層６０６を介してカソード電極６０３の部分に、電気的に接続している。この図には単一の放出デバイスが示されているが、カソード構造物はいくつかの他のものを含みうることに注意すべきである。
【００８８】
Ｉ型のカソード構造物の第２の実施例が、図１０に例示されている。支持材７００は、電気的絶縁材料で作製される層７１１を支持している。この層７１１は、穴７２０を穿設して、そして、絶縁層７１１の上面は、穴７２０を囲んで抽出ゲートを形成している金属層７１５を支持する。電気的に独立なナノ構造物７０４を囲むカソードを形成する導電層７０３で構成される幅ｄのスタックが、幅Ｌの穴７２０の底部に、存在している。上述した実施例と同様に、スタックの幅ｄは、穴の長さＬと比較して小さいことが好ましい。
【００８９】
これらのナノ構造物７０４は、抵抗層７０６、障壁層７０１、及び触媒層７０２で構成される、当初のスタックから開始する本発明による方法におけるステップを行うことによって得られた。この実施例は、図７で述べたように、抵抗層７０６の全厚さがエッチングされていることを示す。
【００９０】
最後に、図１１は、本発明によるＩＩ型のカソード構造物の断面図及び線図を示す。電気的絶縁材料で作製される層８１１は、層８１１の上面上に位置して電気的に独立なナノ構造物８０４を支持するカソード８０３を囲んでいる、２つの部分で構成されるゲート電極８１５を、その下部面で支持する。これらのナノ構造物８０４は、抵抗層８０６、障壁層８０１、及び触媒層８０２で構成される、当初のスタックから本発明によるステップを行うことによって得られた。この実施例において、抵抗層８０６の全厚さは、図７で述べたように、エッチングされている。
【００９１】
カソード構造物の製造のための特定の場合において、障壁層のエッチングステップに対して、いくつかの制約が現れうることに注意すべきである。
【００９２】
考慮すべき第１の製造における制約は、図９ａ及び図９ｂ及び図１０の場合（ゲート導体６１５又は７１５）のように、カソード構造物のゲート導体が保護されないときに、現れる。ゲート電極に対する材料は、障壁層に対して選択されるエッチングに敏感ではない（反応しない）ように選択されなければならない。例えば、ＳＦ６ ＲＩＥプラズマが障壁層をエッチングするために用いられる場合、銅又はアルミニウムのゲート電極はプラズマによって侵されない（アタックされない）。
【００９３】
他の制約は、図９ｂに示されている場合のように、カソードがナノ構造物に対して横方向に配置されているときに、抵抗層をその全厚さに亘ってエッチングしないということである。抵抗層６０６の全厚さがエッチングされる場合、ナノ構造物は、カソードから電気的に離隔されうる。この場合において、抵抗層６０６は、ナノ構造物６０４をカソード構造物６０３の部分に電気的に接続することを忘れてはならない。それとは逆に、カソードが電子放出ナノ構造物に垂直に整列しているとき（例えば図１０又は図１１参照）、抵抗層の全厚さがエッチングされる（エッチングが、カソード及びおそらく埋込ゲートといった、下に位置する電極のみを残すように、供給される）。この種のエッチングは、カソード及びゲート導体との間の絶縁を向上するという利点を有しうる。例えば、銅又はアルミニウム電極は、ＳＦ６ ＲＩＥエッチングに対して選択されうる。
【００９４】
上述したカソード構造物の各々は、電界放出フラットスクリーンを作製するために使用されうる。これは、発光層によって覆われるアノードに対向するカソード構造物を配置することによってなされ、そして、アノード及びカソード構造物を離隔する空間に、真空が生成される。
【００９５】
概して、電界放出フラットスクリーンは、電子エミッタとして製造され使用するカーボンナノ構造物（ナノチューブ又はナノフィラメント）であることが望ましい。カーボンナノ構造物は、いくつかの利点を有している。
【００９６】
第１に、カーボンナノ構造物は、電界がナノ構造物の先端で先端効果によって増幅できるように、高いアスペクト比（長さ／半径）を有する。これにより、電子は、比較的低い印加電場に対する電界効果によって抽出されうる。
【００９７】
さらに、カーボンナノ構造物の電気及び熱伝導率は、電極としての用途に適合し、そして、これらの化学不活性は、長期的にそれらの特性の良好な安定度を保証する。
【００９８】
最後に、カーボンナノ構造物は、広い領域で、そして、比較的低コストで、インサイチュで局所的に合成されうる。
【００９９】
一方で、カーボンナノ構造物には、幅広い分布のアスペクト比を有するという不利な点がある。これにより、所与の印加された電界に対して、その先端（チップ）での電界の幅広い分布が生じてしまう。電界放出によって抽出される電流は、エミッタの先端で、電界に指数的に依存する。それ故、各エミッタからの均一な電流出力を得ること、そして、スクリーンに対して改良された表示品位をもたらすスクリーン上における均一な輝度を得ることが要求される場合に、この分布を最小化することが重要である。
【０１００】
従来技術における１つの低コストの解決法は、障壁層下部に抵抗層を配置すること、そして、互いに電気的に離隔された障壁層のパッド上でナノチューブをグループ化すること、で構成されている（図８参照）。しかしながら、これでは、同一パッド上における一群のナノチューブ内における問題が解決されなかった。本発明は、この制限を解決している。なぜなら、得られたナノ構造物は、抵抗層によって個々に固定（クランプ）されており、各電子放出ナノ構造物のベースでの電位は、各々異なり、そして、これを通る電流に比例するからである（図６及び図７参照）。それ故、本発明は、同一の印加電界状況下で作動可能な放出ナノ構造物の数を増加するために使用されうる。理想的には、全ての放出ナノ構造物が、（当技術における現状による１／１０４と比較して）共に作動できる。
【０１０１】
本発明による方法については、文献[４]において記述されているようなそして上述した図４に示されているような、各々から離隔されたパッドの形態の障壁層を構築する何らの必要性も存在していない点に注意すべきである。障壁層の連続ストリップを堆積することができる。何故なら、触媒で覆われていない領域において障壁層がその後エッチングされるからである。同一パッド３４上に位置するナノ構造物４２が電気的に依存している従来技術（図１２参照）とは異なり、本発明によるナノ構造物５２は、幅ｄのストリップに沿って連続的に分布されて、そして依然として、電気的に独立している（図１３参照）。従って、ナノ構造物が電気的に独立である一方で、最終デバイスの放射表面は、従来技術よりも良好であり、このように、これらの表面からの放出の均一性が向上している。
【０１０２】
このように、Ｉ型のトライオード構造を作製するために新しい方法が想定されうる。図１４Ａから図１４Ｋは、真空堆積及びフォトリソグラフィ技術を使用するこの方法におけるステップを示す。
【０１０３】
第１に、図１４Ａに示すように、２つの部分のカソード電極７３と、２つの部分のカソード電極７３を覆う抵抗層７６と、障壁層７７と、触媒層７８と、絶縁層７１と、電子抽出ゲートを形成する金属層７５と、フォトレジスト層７９と、を備えるスタックが、支持材７０上に重畳される。
【０１０４】
カソード電極７３は、例えばガラスで作製される支持材７０上に、例えばモリブデン、ニオブ、銅又はＩＴＯといった導電材料の堆積によって得られる。それから、導電材料の堆積物は、概して幅１０μｍ、及び２５μｍに等しいピッチのストリップにエッチングされる。カソード電極７３は、２つのストリップを連係させることで形成される。
【０１０５】
他の層は、後述の手順による真空堆積によって得られる。アモルファスシリコンで作製される抵抗層７６、約１００ｎｍ厚さのＴｉＮで作製される障壁層７７、約１０ｎｍ厚さのＮｉで作製される触媒層７８、二酸化ケイ素（シリカ）又は窒化ケイ素で作製される１μｍ厚さの絶縁層７１に続いて、電子抽出ゲートを形成するアルミニウムで作製される金属層７５、そして最終的に、フォトレジスト層７９、である。
【０１０６】
次のステップは、フォトレジスト層のフォトリソグラフィである（図１４Ｂ参照）。フォトレジストの厚さは、約６μｍ幅のポート８０を得て、下方のゲート金属層７５を露出させるために、エッチングされる。
【０１０７】
次のステップは、エッチングマスクとしてフォトレジスト７９を使用する、酢酸、硝酸、及びオルトリン酸を含む混合物での、アルミニウムで作製されるゲート層７５の、ケミカルエッチングである（図１４Ｃ参照）。
【０１０８】
次のステップは、前のステップの間に、ゲート層中に形成されたポートを通してＨＦを加えることで、シリカ層７１の厚さの溝（グルーブ）を開くことである（図１４Ｄ）。ＨＦによるこのウェットエッチングは、ゲート層の“下で”エッチングをもたらし、従って、ゲートで張り出し部（オーバーハング部）を生成する。
【０１０９】
次のステップは、ポートの底部に、そして、フォトレジスト層上に、クロムで作製される保護層８２を蒸着によって堆積させることである（図１４Ｅ）。
【０１１０】
図１４Ｆによれば、クロム層８２によって保護されていない触媒層は、例えばオルトリン酸を使用して、エッチングされる。シリカ層によって覆われていないアルミニウムゲート層（オーバーハング部）も、ゲート及び将来の電子放出領域の間に（上述した）スペースＳを形成して、従って、短絡を防止するために、同時にエッチングされる。
【０１１１】
次のステップは、過塩素酸及びアンモニウムセリウム硝酸塩の商業用の混合物を用いてエッチングすることによって保護層を除去することである（図１４Ｇ）。そして、フォトレジストは、“リフトオフ”技術を用いて除去される（図１４Ｈ）。
【０１１２】
触媒層は、触媒島が得られるまで、断片化される（図１４Ｉ）。そして、触媒によって保護されていない障壁層は、例えばＳＦ６ ＲＩＥプラズマによってエッチングされる（図１４Ｊ）。
【０１１３】
最後に、ナノ構造物８４を、触媒島上で成長させる（図１４Ｋ）。
【０１１４】
この方法の利点は、エッチング用のマスクの配列の数が最小化されることである。カソード電極をエッチングするために１つのマスクのみが使用され、フォトレジストをエッチングするために１つのマスクが使用される。
【０１１５】
電気的に独立したナノ構造物を得る必要性は、ナノチューブが電気的機能を行って、導電層で支持される任意の領域で生じうる。例えば、電気的に独立したナノ構造物は、２つの電極間の伝導又は半伝導チャネルとして使用されうる。例えば、カーボンナノチューブは、伝導チャネルとして用いられることができ、チップにおける２つの異なる金属化（メタライゼーション）層を接続することができる。このカーボンナノチューブは、電界移動によって誘導される絶縁破壊（ブレークダウン）を受ける、銅の伝導チャネルよりも１０００倍大きい電流密度に抗することが可能であるはずである（文献[９]参照）。
【０１１６】
半伝導チャネルとして作用するナノチューブは、垂直に同軸のゲート型ＣＮＴトランジスタを得るためにも作製されうる（文献[９]及び[１０]参照）。
【０１１７】
従来技術において、第１の支持材３０（例えばチップ）の電極Ｂと第２のオーバーハングしている支持材６０の電極とを接続するために使用されるカーボンナノチューブの伝導チャネル５０は、電極Ｂを含む第１の支持材３０上に固体伝導障壁層３１を堆積して、次いで、電極Ｂをオーバーハングしている各領域上に触媒層３２を堆積して、そして、上側の支持材６０の電極Ａを接続するためのカーボンナノチューブ３４のＣＶＤ成長によって、通常作製される（図１５ａ参照）。本発明によれば、各ナノチューブ３４の底部で障壁層３１が触媒３２をエッチングマスクとして用いてエッチングされるため、各伝導チャネル５０は、その近隣と電気的に絶縁されている（図１５ｂ）。
【０１１８】
要約すると、本発明による方法は、実装が容易で、安価であり、自己整列され（言い換えればエッチングマスクの整列の必要が無く）、そして、広範囲の寸法の触媒粒子に適合する、という利点を有する。本発明によって使用されうる触媒島の最小サイズは、エッチングの異方性の程度、選択性の程度、そして、エッチングされる表面層の厚さによって、修正される。
[参考文献一覧]
[1]仏国特許２，５９３，９５３号明細書（米国特許第４，８５７，１６１号明細書に対応）
[2]仏国特許２，７９８，５０７号明細書
[3]仏国特許２，７９８，５０８号明細書（米国特許第６，８１５，９０２号明細書に対応）
[4]欧州特許１，３３６，９８０号明細書（米国特許出願公開２００３／０１８４３５７号明細書に対応）
[5]<<The Thermodynamics and Kinetics of Film Agglomeration>>, David J. Srolovitz and Max G. Goldiner, Journal of Metals (1995), 47(3), 31-36, 76-77
[6]<<Control of carbon nanotubes density through Ni nanoparticle formation using thermal and NH3 plasma treatment>>, Jong Hyung Choi et al., Diamond and related materials (2003), 12, 794-798.
[7]<<Density control of carbon nanotubes using NH3 plasma treatment of Ni catalyst layer>>, Jong Hyung Choi et al., Thin Solid Films (2003), 435, 318-323.
[8]<<Growth of aligned carbon nanotubes with controlled site density>>, Y. Tu et al., Applied Physics Letters (2002), 80(21), 4018-4020.
[9]G.S. Duesberg et al./ Diamond and Related Materials 13 (2004) 354-361.
[10]A.P.Graham et al./ Diamond and Related Materials 13 (2004) 1296-1300.
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】図１は、すでに記述されているように、従来技術によるＩ型のトライオードの放出層を有するカソード構造物の横断面図である。
【図２】図２は、すでに記述されているように、従来技術によるＩＩ型のトライオードの放出層を有するカソード構造物の横断面図である。
【図３】図３は、従来技術による放出層を有する、Ｉ型のカソード構造物の他の例の横断面図である。
【図４】図４は、図３で示されるような放出層を有する、Ｉ型のカソード構造物の平面図である。
【図５】図５は、本発明によるナノ構造物を製造するための処理におけるステップを示す。
【図６】図６は、ナノ構造物が電気的に独立している本発明の例示の実施の形態における横断面線図である。
【図７】図７は、ナノ構造物が電気的に独立している本発明の他の例示の実施の形態における横断面線図である。
【図８】図８は、従来技術による障壁層パッド上のナノ構造物の横断面線図である。
【図９ａ】図９ａは、本発明によるカソード構造物の電気的に独立したナノ構造物の製造におけるステップを例示する。
【図９ｂ】図９ｂは、本発明によるカソード構造物の電気的に独立したナノ構造物の製造におけるステップを例示する。
【図１０】図１０は、本発明によるカソード構造物の横断面図である。
【図１１】図１１は、本発明による他のカソード構造物の横断面図である。
【図１２】図１２は、従来技術による放出層を有するＩ型のカソード構造物の平面図である。
【図１３】図１３は、本発明による放出層を有するＩ型のカソード構造物の平面図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｄ】図１４Ｄは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｅ】図１４Ｅは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｆ】図１４Ｆは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｇ】図１４Ｇは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｈ】図１４Ｈは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｉ】図１４Ｉは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｊ】図１４Ｊは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１４Ｋ】図１４Ｋは、本発明によるトライオード型のカソード構造物を製造する方法を例示する。
【図１５ａ】図１５ａは、従来技術による、２つの電極間の伝導又は半伝導チャネルとして作用するナノチューブを表す。
【図１５ｂ】図１５ｂは、本発明による、２つの電極間の伝導又は半伝導チャネルとして作用するナノチューブを表す。
【符号の説明】
【０１２０】
１００ 支持材
１０１ 表面層
１０２ 触媒層
１０４ ナノ構造物
２０１ 表面層島
２０２ 触媒島
４０３ 導電層（カソード層）
４０６ 抵抗層
６００ 支持材
６０１ 障壁層
６０２ 触媒層
６０３ カソード電極
６０４ ナノ構造物
６０５ 抽出ゲート
６０６ 抵抗層
６１１ 絶縁層
６１５ 金属層
６２０ 穴
７００ 支持材
７０１ 障壁層
７０３ 導電層
７０４ ナノ構造物
７０６ 抵抗層
７１１ 絶縁層
７１５ 金属層
７２０ 穴
８０３ カソード
８１１ 絶縁層
８１５ ゲート電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持材上のナノ構造物（１０４；４０４；６０４；７０４；８０４）の製造方法であって、
面の１つの上に表面層（１０１；４０１；６０１；７０１；８０１）を備える支持材を供給するステップと、
触媒によって覆われた前記表面層の領域及び前記触媒によって覆われていない前記表面層の領域を露出するパターンに従って構造化された触媒層（１０２；２０２；４０２；６０２；７０２；８０２）によって前記表面層を覆うステップと、
前記触媒層によって覆われていない領域における前記表面層（１０１；４０１；６０１；７０１；８０１）の厚さをエッチングするステップと、
前記触媒によって覆われた表面層の領域上にナノ構造物（１０４；４０４；６０４；７０４；８０４）を選択的に成長させるステップと、
を含むことを特徴とするナノ構造物の製造方法。
【請求項２】
前記表面層は、障壁層であることを特徴とする請求項１に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項３】
前記表面層は、導電性又は半導電性材料で作製され、
前記ナノ構造物は、導電性又は半導電性材料で作製されることを特徴とする請求項１又は２に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項４】
前記支持材は、前記表面層（４０１；６０１；７０１；８０１）を支持する面上に抵抗層（４０６；６０６；７０６；８０６）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項５】
前記支持材は、前記抵抗層と接触する導電材料で作製される層（４０２；６０２；７０２；８０２）を備えることを特徴とする請求項４に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項６】
前記抵抗層の厚さの少なくとも一部は、前記表面層がエッチングされる領域においてエッチングされることを特徴とする請求項４又は５に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項７】
前記触媒層は、前記表面層上の触媒膜の断片化によって得られたパターンに従って構造化されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項８】
前記表面層上の触媒膜は、前記触媒膜の温度を上昇させることによって断片化されることを特徴とする請求項７に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項９】
前記触媒膜の温度は、例えば焼なましによって全体的に上昇することを特徴とする請求項８に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１０】
前記触媒膜の温度の上昇は、例えばレーザー照射によって、又は、プラズマ効果によって、前記表面層上に局所的であることを特徴とする請求項８に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１１】
前記表面層は、前記触媒膜の断片化を促進する材料で作製されることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１２】
前記表面層上の触媒膜は、前記触媒膜の不均質な乾式又は湿式のエッチング技術を使用して断片化されることを特徴とする請求項７に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１３】
前記構造化された触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行する前に調整されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１４】
前記触媒層のパターンは、前記触媒層をエッチングすることによって調整されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１５】
前記触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行した後に、前記触媒層のエッチングによって調整されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１６】
前記触媒上のナノ構造物の選択的な成長は、化学気相堆積（ＣＶＤ）によってなされることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１７】
前記表面層のエッチングステップは、前記ナノ構造物の選択的な成長のステップの後に、実行されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１８】
前記表面層は、前記支持材に向かう前記触媒の拡散への障壁層であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１９】
カソード構造物であって、
カソード（６０３；７０３；８０３）を形成する導電層と、
触媒の拡散への障壁層（６０１；７０１；８０１）を覆う触媒層（６０２；７０２；８０２）から形成される電子放出ナノ構造物（６０４；７０４；８０４）を備える少なくとも１つの電子放出領域と、を備え、
前記障壁層は、抵抗層によって支持され、
前記ナノ構造物は、前記障壁層及び前記抵抗層を介して、前記カソードを形成する前記導電層に電気的に接続され、
前記ナノ構造物によって放出される電子を抽出するための抽出ゲート（６１５；７１５；８１５）を形成する金属層、を備え、
前記ナノ構造物は、電気的に独立したナノ構造物であることを特徴とする、カソード構造物。
【請求項２０】
前記カソード（７０３）を形成する導電層は、
電気的絶縁材料で作製される層（７１１）中に形成される少なくとも１つの穴の底部に配置され、
前記カソードを形成する前記導電層は前記抵抗層を支持して、前記ナノ構造物（７０４）を備える前記電子放出領域をそれ自体で支持して、電気的絶縁材料で作製される前記層（７１１）の上面は、前記抽出ゲート（７１５）を形成する金属層を支持する、請求項１９に記載のカソード構造物。
【請求項２１】
前記カソード（６０３）を形成する前記導電層、及びナノ構造物（６０４）を備える前記電子放出領域は、一方を他方の側部に配置して、前記抵抗層（６０６）によって離隔され、
前記抽出ゲート（６１５）を形成する前記金属層は、前記カソード（６０３）を形成する前記導電層から電気的絶縁層（６１１）によって離隔される、請求項１９に記載のカソード構造物。
【請求項２２】
前記電気的絶縁材料層（８１１）は、２つの部分に分けられる抽出ゲート（８１５）を形成していて、前記電気的絶縁材料層（８１１）の上面上に位置する前記カソード（８０３）を形成する導電材料の層を囲む前記金属層をその上面上で支持して、
前記カソード（８０３）を形成する前記導電層は、それ自体で電子放出領域を支持する抵抗層を支持する請求項１９に記載のカソード構造物。
【請求項２３】
発光層によって覆われる、カソード及びアノードを備える装置であって、
前記アノードは、前記カソードに対向して配置され、前記アノード及び前記カソードは、真空が生成される空間によって離隔され、
前記カソードは、請求項３から１８のいずれか１つに記載の方法に従って作製される電気的に独立したナノ構造物を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２４】
請求項１９から２２のいずれか１つに記載の少なくとも１つのカソード構造物を備えていることを特徴とする電界放出フラットスクリーン。
【請求項１】
支持材上のナノ構造物（１０４；４０４；６０４；７０４；８０４）の製造方法であって、
面の１つの上に表面層（１０１；４０１；６０１；７０１；８０１）を備える支持材を供給するステップと、
触媒によって覆われた前記表面層の領域及び前記触媒によって覆われていない前記表面層の領域を露出するパターンに従って構造化された触媒層（１０２；２０２；４０２；６０２；７０２；８０２）によって前記表面層を覆うステップと、
前記触媒層によって覆われていない領域における前記表面層（１０１；４０１；６０１；７０１；８０１）の厚さをエッチングするステップと、
前記触媒によって覆われた表面層の領域上にナノ構造物（１０４；４０４；６０４；７０４；８０４）を選択的に成長させるステップと、
を含むことを特徴とするナノ構造物の製造方法。
【請求項２】
前記表面層は、障壁層であることを特徴とする請求項１に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項３】
前記表面層は、導電性又は半導電性材料で作製され、
前記ナノ構造物は、導電性又は半導電性材料で作製されることを特徴とする請求項１又は２に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項４】
前記支持材は、前記表面層（４０１；６０１；７０１；８０１）を支持する面上に抵抗層（４０６；６０６；７０６；８０６）を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項５】
前記支持材は、前記抵抗層と接触する導電材料で作製される層（４０２；６０２；７０２；８０２）を備えることを特徴とする請求項４に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項６】
前記抵抗層の厚さの少なくとも一部は、前記表面層がエッチングされる領域においてエッチングされることを特徴とする請求項４又は５に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項７】
前記触媒層は、前記表面層上の触媒膜の断片化によって得られたパターンに従って構造化されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項８】
前記表面層上の触媒膜は、前記触媒膜の温度を上昇させることによって断片化されることを特徴とする請求項７に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項９】
前記触媒膜の温度は、例えば焼なましによって全体的に上昇することを特徴とする請求項８に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１０】
前記触媒膜の温度の上昇は、例えばレーザー照射によって、又は、プラズマ効果によって、前記表面層上に局所的であることを特徴とする請求項８に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１１】
前記表面層は、前記触媒膜の断片化を促進する材料で作製されることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１２】
前記表面層上の触媒膜は、前記触媒膜の不均質な乾式又は湿式のエッチング技術を使用して断片化されることを特徴とする請求項７に記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１３】
前記構造化された触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行する前に調整されることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１４】
前記触媒層のパターンは、前記触媒層をエッチングすることによって調整されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１５】
前記触媒層のパターンは、前記表面層のエッチングステップを実行した後に、前記触媒層のエッチングによって調整されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１６】
前記触媒上のナノ構造物の選択的な成長は、化学気相堆積（ＣＶＤ）によってなされることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１７】
前記表面層のエッチングステップは、前記ナノ構造物の選択的な成長のステップの後に、実行されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１８】
前記表面層は、前記支持材に向かう前記触媒の拡散への障壁層であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１つに記載のナノ構造物の製造方法。
【請求項１９】
カソード構造物であって、
カソード（６０３；７０３；８０３）を形成する導電層と、
触媒の拡散への障壁層（６０１；７０１；８０１）を覆う触媒層（６０２；７０２；８０２）から形成される電子放出ナノ構造物（６０４；７０４；８０４）を備える少なくとも１つの電子放出領域と、を備え、
前記障壁層は、抵抗層によって支持され、
前記ナノ構造物は、前記障壁層及び前記抵抗層を介して、前記カソードを形成する前記導電層に電気的に接続され、
前記ナノ構造物によって放出される電子を抽出するための抽出ゲート（６１５；７１５；８１５）を形成する金属層、を備え、
前記ナノ構造物は、電気的に独立したナノ構造物であることを特徴とする、カソード構造物。
【請求項２０】
前記カソード（７０３）を形成する導電層は、
電気的絶縁材料で作製される層（７１１）中に形成される少なくとも１つの穴の底部に配置され、
前記カソードを形成する前記導電層は前記抵抗層を支持して、前記ナノ構造物（７０４）を備える前記電子放出領域をそれ自体で支持して、電気的絶縁材料で作製される前記層（７１１）の上面は、前記抽出ゲート（７１５）を形成する金属層を支持する、請求項１９に記載のカソード構造物。
【請求項２１】
前記カソード（６０３）を形成する前記導電層、及びナノ構造物（６０４）を備える前記電子放出領域は、一方を他方の側部に配置して、前記抵抗層（６０６）によって離隔され、
前記抽出ゲート（６１５）を形成する前記金属層は、前記カソード（６０３）を形成する前記導電層から電気的絶縁層（６１１）によって離隔される、請求項１９に記載のカソード構造物。
【請求項２２】
前記電気的絶縁材料層（８１１）は、２つの部分に分けられる抽出ゲート（８１５）を形成していて、前記電気的絶縁材料層（８１１）の上面上に位置する前記カソード（８０３）を形成する導電材料の層を囲む前記金属層をその上面上で支持して、
前記カソード（８０３）を形成する前記導電層は、それ自体で電子放出領域を支持する抵抗層を支持する請求項１９に記載のカソード構造物。
【請求項２３】
発光層によって覆われる、カソード及びアノードを備える装置であって、
前記アノードは、前記カソードに対向して配置され、前記アノード及び前記カソードは、真空が生成される空間によって離隔され、
前記カソードは、請求項３から１８のいずれか１つに記載の方法に従って作製される電気的に独立したナノ構造物を備えることを特徴とする、装置。
【請求項２４】
請求項１９から２２のいずれか１つに記載の少なくとも１つのカソード構造物を備えていることを特徴とする電界放出フラットスクリーン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１４Ｇ】
【図１４Ｈ】
【図１４Ｉ】
【図１４Ｊ】
【図１４Ｋ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１４Ｄ】
【図１４Ｅ】
【図１４Ｆ】
【図１４Ｇ】
【図１４Ｈ】
【図１４Ｉ】
【図１４Ｊ】
【図１４Ｋ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【公表番号】特表２００８−５４６１４６（Ｐ２００８−５４６１４６Ａ）
【公表日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１４１６５（Ｐ２００８−５１４１６５）
【出願日】平成１８年５月２９日（２００６．５．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００６／０５０４８９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００３８２６
【国際公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５９００００５１４）コミツサリア タ レネルジー アトミーク (429)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１２月１８日（２００８．１２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月２９日（２００６．５．２９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＦＲ２００６／０５０４８９
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００３８２６
【国際公開日】平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願人】（５９００００５１４）コミツサリア タ レネルジー アトミーク (429)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]