電界放出デバイス用炭素膜
【課題】平形カソードの製造に利用される、特定の物理的特性を示す電界放出膜を提供すること。
【解決手段】電界放出カソードとして用いられる炭素膜（７０３）は、基板（８０３）上の薄い炭素膜の層である。炭素膜は、２５〜１６５ｃｍ-1の半値全幅値（ＦＷＨＭ）を有する、１５７８ｃｍ-1〜１６２０ｃｍ-1の範囲のＵＶラマンバンドを有する。炭素膜は、３００ナノメートルより薄くてもよい。膜が堆積される基板は、導電性、非導電性のどちらでもよい。非導電基板の場合、基板は、連続的な導電層または導電性材料の緻密な網構造のいずれかでコーティングされ得る。
【解決手段】電界放出カソードとして用いられる炭素膜（７０３）は、基板（８０３）上の薄い炭素膜の層である。炭素膜は、２５〜１６５ｃｍ-1の半値全幅値（ＦＷＨＭ）を有する、１５７８ｃｍ-1〜１６２０ｃｍ-1の範囲のＵＶラマンバンドを有する。炭素膜は、３００ナノメートルより薄くてもよい。膜が堆積される基板は、導電性、非導電性のどちらでもよい。非導電基板の場合、基板は、連続的な導電層または導電性材料の緻密な網構造のいずれかでコーティングされ得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、電界放出デバイス一般に関し、特に特定の性質を示す炭素放出膜に関連する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
電界放出デバイスは、製造の単純さが望まれるフラットパネルディスプレーおよびその他のタイプのディスプレーシステムなどの、より単純かつ効率的な電界放出デバイスの実現を約束するものである。平形カソードを利用する電界放出デバイスは、マイクロチップ型の構造を必要とするカソードよりも好まれる。従って、当該技術分野において、上記のような平形カソードにおける使用に実用的である、より良好でかつ効率的な電界放出材が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（発明の要旨）
本発明は、平形カソードの製造に利用される、特定の物理的特性を示す電界放出膜を提供する。２４４ナノメートル（「ｎｍ」）かつ２〜７ミリワット（「ｍＷ」）の励起ソースを用いた場合、１１００〜１８５０ｃｍ-1以内の波数において、本炭素膜は、１５７８〜１６２０ｃｍ-1の範囲で２５〜１６５ｃｍ-1の半値全幅値（「ＦＷＨＭ」）を有する明確な紫外線（「ＵＶ」）ラマンバンドを有している。さらに、１３１８〜１３４０ｃｍ-1の範囲で、少なくとも１８ｃｍ-1のＦＷＨＭを有するより小規模の線もあり得る。また、１３６０〜１４２０ｃｍ-1の間の広帯域バンド（ＦＷＨＭ＞１８０ｃｍ-1）が存在する場合もある。この広帯域バンドは、独立したバンド、あるいは１５８０ｃｍ-1付近の励起線の肩部（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）のいずれかとして出現し得る。可視ラマンにおいて、これらの膜は、炭素Ｄ／Ｇ対バンドをそれぞれ１３５０ｃｍ-1および１５８０ｃｍ-1周辺で示す。
【０００４】
炭素膜は、３００ナノメートルより薄くてもよい。膜が堆積される基板は、導電性、非導電性のどちらでもよい。非導電基板の場合、基板は、連続的な導電層または導電性材料の緻密な網構造のいずれかでコーティングされ得る。
【０００５】
炭素層は、化学蒸着、物理蒸着、電気分解、印刷あるいは塗装により、堆積可能である。膜は、連続的あるいは非連続的であり得、それぞれ３００ナノメートル未満のサイズを有する粒子の緻密なアレイを有し得る。
【０００６】
以下に記す発明の詳細がより理解されやすいように、本発明における特徴および技術的利点の大まかな概要を上記に略述した。本発明における請求の範囲の主題を成す、本発明の更なる特徴および利点を以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（発明の詳細な説明）
本発明およびその利点がより十分に理解されるように、以下、添付の図面を参照して説明する。
【０００８】
本発明が完全に理解されるため、以下、多くの詳細な説明を述べる。しかしながら、こ
のような具体的な詳細なしに本発明が実践され得ることは、当業者に明らかであろう。その他の場合、本発明を不必要に不明瞭なものとしないように、周知の回路はブロック図の形で示されている。大部分において、タイミングの考慮などに関する詳細は、当該分野における通常の技術を有する者の理解の範囲内であり、また本発明を完全に理解する上でそのような詳細な説明が必要でない限り、省略されている。
【０００９】
図７に、本発明に従い、炭素膜７０３を用いて製造した電界放出デバイスを示している。基板７０１上に導電層７０２が堆積され、その上に炭素層７０３が堆積されている。アノードは、ガラス基板であり得る基板７０４と、インジウム酸化スズであり得る導電層７０５と、炭素層７０３から放出される電子を受けとる蛍光体層７０６とを含んでいる。電子は、アノードおよびカソード間の適切な電界に反応して、層７０３から放出される。図７のデバイスは、ダイオード構造として示されているが、１つ以上のグリッドが含まれ得る。このデバイスは、電界放出ランプ、あるいはマトリックスアドレスが可能なカラーディスプレイを製造する際に使用し得る。このような構造のさらなる説明については、米国特許第５，４４９，９７０号および第５，５４８，１８５号を参照されたい。これらは、本明細書において、参考のために援用する。
【００１０】
図８において、炭素層７０３は、熱いフィラメントによって補助された化学蒸着（「ＣＶＤ」）プロセスを用いて堆積し得る。基板８０３（必要であればこの上に導電層７０２が堆積される）は、ＣＶＤ反応器８０２中のホルダー８０１上に載置される。水素ガス８０５が、反応器８０２におよそ１０分間未満、流入される。次に、メタンのパーセンテージが５０％未満である、水素８０５およびメタン８０６の混合物が、反応器８０２の中に１時間未満、流入される。上記工程におけるよりもメタンのパーセンテージが低い、別の水素８０５およびメタン８０６の混合物が、反応器８０２に２時間未満、流入される。そして、ＣＶＤ反応器８０２内において、水素８０５のフローが１５分未満行われる。
【００１１】
少量の酸素、窒素、あるいはホウ素ドーパントが、上記ガス流に含まれてもよい。
【００１２】
フィラメント８０４の温度は、１６００℃〜２４００℃の範囲に設定され、基板８０３の温度は、６００℃〜１０００℃の間に設定されている。堆積圧力は、５〜３００ｔｏｒｒの間である。
【００１３】
このプロセスから得られる炭素膜は、従来技術のダイアモンド状の炭素あるいはＣＶＤダイアモンド膜に比べて、優れた放出特性を示す。上記の方法で堆積された３つのサンプルの炭素膜上において、ＵＶラマンスペクトルが測定された。２４４ｎｍおよび２〜７ｍＷの励起ソースを用い、１１００ｃｍ-1〜１８５０ｃｍ-1の周波数内で、上記の方法で製造された炭素膜は、１５７８ｃｍ-1〜１６２０ｃｍ-1の範囲で、２５〜１６５ｃｍ-1のＦＷＨＭを有する明確なＵＶラマンバンドを有する。また、１３１８〜１３４０ｃｍ-1の範囲で、１８ｃｍ-1より大きいＦＷＨＭを有する、より小規模の線も存在し得る。１３６０〜１４１０ｃｍ-1の間には、１８０ｃｍ-1よりも大きいＦＷＨＭを有するバンドも時々存在する。
【００１４】
上記説明の炭素層は、熱いフィラメントで補助されたＣＶＤプロセスにて堆積されたが、炭素層は、物理的蒸着、電気分解、印刷あるいは塗装にて堆積し得る。炭素膜は、連続的あるいは非連続的であり得、各々３００ナノメートル未満のサイズである粒子の緻密なアレイを有し得る。
【００１５】
以上のように、上記説明の方法にて、炭素膜の３つのサンプルが堆積された。図１に示される第１の例におけるラマンスペクトルは、１５８０．８ｃｍ-1において、ＦＷＨＭが８９．７ｃｍ-1の明確なＵＶラマンバンドを有する。また、１３２９．７ｃｍ-1において
、ＦＷＨＭが２４．６ｃｍ-1の、ずっと小規模な線がある。
【００１６】
第２の炭素層サンプルのＵＶラマンスペクトルをテストした。これを図２に示す。この例は、１５８３．４ｃｍ-1において、ＦＷＨＭが４５．３ｃｍ-1のＵＶラマンバンドを示した。
【００１７】
第３の炭素層サンプルのＵＶラマンスペクトルは、図３に示すように測定された。この炭素層は、１６１２．２ｃｍ-1において、ＦＷＨＭが７７ｃｍ-1の明確なＵＶラマンバンドを有していた。この膜は、１４０８ｃｍ-1の肩部も示した。
【００１８】
図４〜６は、図１〜３に示される３つの炭素膜サンプルのそれぞれの蛍光体スクリーンイメージの写真である。これらのスクリーンイメージは、図７の電界放出デバイスと同様な電界放出デバイスから得られたものである。図１のラマンスペクトルに対応する図４の蛍光体スクリーンイメージは、５．３ボルト／マイクロメーターの電界によって得られたものである。
【００１９】
図２のＵＶラマンスペクトルに対応する図５の蛍光体スクリーンイメージは、６．３ボルト／マイクロメーターの電界によって得られたものである。
【００２０】
図３のＵＶラマンスペクトルに対応する図６の蛍光体スクリーンイメージは、５．７ボルト／マイクロメーターの電界によって得られたものである。
【００２１】
本発明の炭素膜は薄く（３００ナノメートル未満）、アモルフォス、非常に無秩序な黒鉛状炭素、ならびにいくらかの不規則なｓｐ3結合炭素および秩序立ったｓｐ3結合炭素の、独特な組み合わせからなっている。これらの膜における秩序立ったｓｐ3結合炭素（す
なわち、ダイアモンド構造）の成分あるいは量は非常に小さいため、ＵＶラマンスペクトルは従来の可視ラマンスペクトルに比べ２５倍もダイアモンド／黒鉛状炭素比に対して敏感であるという事実にもかかわらず、一般的な機器動作条件において、ＵＶラマンスペクトル中の１３３２ｃｍ-1周辺の明白なラマン励起線はほとんどの場合出現しないか、あるいは、出現したとしてもｓｐ2結合炭素のそれよりも小規模である（図１〜３参照）。
【００２２】
秩序立ったｓｐ3の結合炭素の領域サイズは、そのラマン線のＦＷＨＭおよび周波数偏
移から判断すると、おそらく６０オングストローム未満である（図１参照）。これらの膜におけるｓｐ3結合、特にアモルフォスｓｐ3の存在は、周波数の上方偏移および／または図３に示されるような、１５８０ｃｍ-1周辺の典型的なｓｐ3炭素励起線の低周波側の強
い肩部から、推測されることが多い。この肩部は、１５８０ｃｍ-1線がそれほど強くない場合、１３６０〜１４１０ｃｍ-1の範囲で１８０ｃｍ-1より大きいＦＷＨＭを有する広帯域バンドとして時々出現し得る。いくつかの膜においては、若干の上方周波数偏移および幅広化が見られるほぼ典型的な黒鉛状炭素線が出現したものもあった。これは、膜中にｓｐ3結合炭素の成分がほとんどなく、黒鉛状炭素構造がより多く存在することを示してい
る（図２参照）。
【００２３】
図１０〜１２は、図１〜３をそれぞれ参照して説明した３つのサンプル上における、可視ラマンスペクトルである。可視ラマンスペクトルは、５１４．５ナノメートル、１０ミリワットの励起ソースによって得られた。これらの３つのラマンスペクトルは、およそ１３５０ｃｍ-1（Ｄピーク）および１５８０ｃｍ-1（Ｇピーク）において、Ｄ／Ｇペアピークを明らかに示している。典型的には、本発明の炭素膜のＤピークは、１３４０ｃｍ-1〜１３８０ｃｍ-1の間であり、Ｇピークは１５７８ｃｍ-1〜１６２０ｃｍ-1の間である。
【００２４】
電界放出アプリケーションに適していると報告されている従来の炭素膜には、ＣＶＤあ
るいは欠陥補強（ｄｅｆｅｃｔ ｅｎｒｉｃｈｅｄ）ＣＶＤダイアモンド膜（窒素またはホウ素ドープあるいはイオン注入されたダイアモンド膜など）および、主にｓｐ3結合を
有するダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）膜がある。大部分がダイアモンド結合炭素からなり、領域サイズが６０オングストロームよりもずっと大きいＣＶＤあるいは欠陥ＣＶＤダイアモンド膜は、典型的には、１３３２ｃｍ-1近傍においてＦＷＨＭが１８ｃｍ-1未満である主ダイアモンド励起線を示し、そして１５８０ｃｍ-1近傍において、１７０ｃｍ-1より大きいＦＷＨＭを有し、広帯域であるがしばしばより小規模であるバンドを、ＵＶラマンスペクトル中において示す。きめの細かいＣＶＤダイアモンド膜が、可視ラマン中で時々１３３２ｃｍ-1近傍において微弱あるいはほとんど視認できない偏移をしばしば示すことを示す報告がされてきたが、ダイアモンドおよび黒鉛状炭素率に対するＵＶラマンの超感受性により、微粒子状ＣＶＤダイアモンド膜のＵＶラマンは、強く鋭いダイアモンド線を示すことに、留意されたい。すなわち、本発明でクレームされる膜は、ダイアモンド構造がより少ない。ほとんどの場合、この膜の存在は、ＵＶラマンによってでさえまったく検出されない。
【００２５】
ＤＬＣ膜は、ｓｐ2とｓｐ3結合が混合したアモルフォス炭素である。ＤＬＣ膜を作製する方法に依存して、膜中のｓｐ3／ｓｐ2結合比は、大部分ｓｐ2の状態から大部分ｓｐ3の状態へと大幅に変化し得る。長い間広く受け入れられている仮説として、これらの膜の中にｓｐ3クラスターが存在し、そしてこれらのクラスターはダイアモンドに類似している
ため、負の電子親和力を有する、とされている。上記の仮説に基づいて、ｓｐ3結合を主
とするＤＬＣ膜が、電界放出アプリケーションに適するとされてきた。これらのＤＬＣ膜のＵＶラマンスペクトルも、１５８０〜１６２０ｃｍ-1において励起線を示すが、それらの可視ラマンは１５８０ｃｍ-1線（Ｇバンド）および１３５０ｃｍ-1線（Ｄバンド）のいずれをも示さない。むしろ、はっきりとした非対称性と１５１０〜１６００ｃｍ-1の間に位置する広帯域バンドを有する。さらに、ＵＶラマンにおいてでさえ、これらのｓｐ3結
合を主とするＤＬＣ膜は常に、およそ１１５０ｃｍ-1にピークを有する別の広帯域バンドあるいは肩部を有し、これらの１５８０ｃｍ-1線のＦＷＨＭは、しばしば１６５ｃｍ-1よりも大きい。この１１５０ｃｍ-1における第２のバンドは、従来技術のＤＬＣ膜と本発明の炭素膜との間に、さらなる相違点を提供するものである。図９はＤＬＣ膜のラマンスペクトルを示しており、可視ラマン中１５１０〜１６００ｃｍ-1の間に位置する非対称バンドが示され、このピークは、フォトンエネルギーがＵＶラマンスペクトルに増大されるにつれ、１６００ｃｍ-1に偏移している。さらなる議論は、本明細書において参考のために援用する以下の文献に見出される：Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌｍｓ、Ｊ． Ｗａｇｎｅｒ、 Ｍ． Ｒａｍｓｔｅｉｎｅｒ、 Ｃｈ． ＷｉｌｄおよびＰ． Ｋｏｉｄｌ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ、１９８９、Ｊｕｌｙ １５、Ｖｏｌ．４０、ｐｐ．１８１７；Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌｍ Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｗ． Ｂｏｒｎｅｔｔら、Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、７７（１１）、Ｊｕｎｅ、１９９５、ｐｐ．５９９６；そして、ＵＶ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ｂｏｎｄｉｎｇ ｉｎ Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ、Ｖ． Ｌ． Ｍｅｒｋｕｌｕｖら、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｊｕｎｅ、１９９７、ｐｐ．４８６９。
【００２６】
上記説明において、ＵＶラマンスペクトルにおける、ピーク位置、線幅、線形状およびそれらの強度比は、本炭素膜の結合構造について特徴的である。本発明において示される、周波数およびＦＷＨＭ範囲、ならびに線形状および強度比は、従来技術において電界エミッターとして利用されていない、秩序的あるいは無秩序のｓｐ2およびｓｐ3の結合構造
を持つ炭素膜群を表すものである。図１〜６は、優れた電界放出特性を示した、この炭素膜群のうち３つの例を示すものである。
【００２７】
開示した特定のラマンスペクトルを有する本発明の炭素膜の利点としては、２ボルト／マイクロメートル未満の抽出電界（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）で放出が可能な膜であること、１０ボルト／マイクロメートルにおいて少なくとも１０4部位／センチメートル2の放出部位密度を有する炭素膜であること、ならびに１００ミリアンペア／センチメートル2以上の電流密度が提供可能な炭素膜であることが含まれる
。この放出特性により、これらの炭素膜は、非常に均一な高性能電界放出電子デバイス用として特に望ましい。ここで強調しておきたいのは、従来技術によるいくつかのダイアモンドまたはＤＬＣ膜のなかには、同等の電界放出が可能、あるいは同等の電流密度をもたらすことが可能とするものもあるとの報告がこれまであったとしても、それらの膜の放出部位密度に関する報告は一度もないことである。実際、小数の放出部位が示されるのみのことがしばしばであり、放出電流密度の報告は、それらのわずかな部位から集めた電流をもとに推測されたものである。本明細書において開示する炭素膜は、表面全体に均一に放出を行う。
【００２８】
本発明およびその利点を詳細に説明したが、様々な変更、置換および改変が、特許請求の範囲に定義する本発明の精神および範囲を逸脱することなく行われるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明のカソードの１例のＵＶラマンスペクトルである。
【図２】図２は、本発明のカソードの別の例のＵＶラマンスペクトルである。
【図３】図３は、本発明のカソードの１例の別のＵＶラマンスペクトルである。
【図４】図４は、図１にＵＶラマンスペクトルを図示した放出炭素膜の、蛍光体スクリーンイメージである。
【図５】図５は、図２にＵＶラマンスペクトルを図示した放出炭素膜の、蛍光体スクリーンイメージである。
【図６】図６は、図３にＵＶラマンスペクトルを図示した放出炭素膜の、蛍光体スクリーンイメージである。
【図７】図７は、本発明を実施した電界放出デバイスである。
【図８】図８は、本発明の炭素膜を堆積するための装置である。
【図９】図９は、従来技術のＤＬＣ膜のラマンスペクトルのグラフである。
【図１０】図１０は、図１の示すカソード例の、可視ラマンスペクトルである。
【図１１】図１１は、図２の示すカソード例の、可視ラマンスペクトルである。
【図１２】図１２は、図３の示すカソード例の、可視ラマンスペクトルである。
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、電界放出デバイス一般に関し、特に特定の性質を示す炭素放出膜に関連する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
電界放出デバイスは、製造の単純さが望まれるフラットパネルディスプレーおよびその他のタイプのディスプレーシステムなどの、より単純かつ効率的な電界放出デバイスの実現を約束するものである。平形カソードを利用する電界放出デバイスは、マイクロチップ型の構造を必要とするカソードよりも好まれる。従って、当該技術分野において、上記のような平形カソードにおける使用に実用的である、より良好でかつ効率的な電界放出材が必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（発明の要旨）
本発明は、平形カソードの製造に利用される、特定の物理的特性を示す電界放出膜を提供する。２４４ナノメートル（「ｎｍ」）かつ２〜７ミリワット（「ｍＷ」）の励起ソースを用いた場合、１１００〜１８５０ｃｍ-1以内の波数において、本炭素膜は、１５７８〜１６２０ｃｍ-1の範囲で２５〜１６５ｃｍ-1の半値全幅値（「ＦＷＨＭ」）を有する明確な紫外線（「ＵＶ」）ラマンバンドを有している。さらに、１３１８〜１３４０ｃｍ-1の範囲で、少なくとも１８ｃｍ-1のＦＷＨＭを有するより小規模の線もあり得る。また、１３６０〜１４２０ｃｍ-1の間の広帯域バンド（ＦＷＨＭ＞１８０ｃｍ-1）が存在する場合もある。この広帯域バンドは、独立したバンド、あるいは１５８０ｃｍ-1付近の励起線の肩部（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）のいずれかとして出現し得る。可視ラマンにおいて、これらの膜は、炭素Ｄ／Ｇ対バンドをそれぞれ１３５０ｃｍ-1および１５８０ｃｍ-1周辺で示す。
【０００４】
炭素膜は、３００ナノメートルより薄くてもよい。膜が堆積される基板は、導電性、非導電性のどちらでもよい。非導電基板の場合、基板は、連続的な導電層または導電性材料の緻密な網構造のいずれかでコーティングされ得る。
【０００５】
炭素層は、化学蒸着、物理蒸着、電気分解、印刷あるいは塗装により、堆積可能である。膜は、連続的あるいは非連続的であり得、それぞれ３００ナノメートル未満のサイズを有する粒子の緻密なアレイを有し得る。
【０００６】
以下に記す発明の詳細がより理解されやすいように、本発明における特徴および技術的利点の大まかな概要を上記に略述した。本発明における請求の範囲の主題を成す、本発明の更なる特徴および利点を以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（発明の詳細な説明）
本発明およびその利点がより十分に理解されるように、以下、添付の図面を参照して説明する。
【０００８】
本発明が完全に理解されるため、以下、多くの詳細な説明を述べる。しかしながら、こ
のような具体的な詳細なしに本発明が実践され得ることは、当業者に明らかであろう。その他の場合、本発明を不必要に不明瞭なものとしないように、周知の回路はブロック図の形で示されている。大部分において、タイミングの考慮などに関する詳細は、当該分野における通常の技術を有する者の理解の範囲内であり、また本発明を完全に理解する上でそのような詳細な説明が必要でない限り、省略されている。
【０００９】
図７に、本発明に従い、炭素膜７０３を用いて製造した電界放出デバイスを示している。基板７０１上に導電層７０２が堆積され、その上に炭素層７０３が堆積されている。アノードは、ガラス基板であり得る基板７０４と、インジウム酸化スズであり得る導電層７０５と、炭素層７０３から放出される電子を受けとる蛍光体層７０６とを含んでいる。電子は、アノードおよびカソード間の適切な電界に反応して、層７０３から放出される。図７のデバイスは、ダイオード構造として示されているが、１つ以上のグリッドが含まれ得る。このデバイスは、電界放出ランプ、あるいはマトリックスアドレスが可能なカラーディスプレイを製造する際に使用し得る。このような構造のさらなる説明については、米国特許第５，４４９，９７０号および第５，５４８，１８５号を参照されたい。これらは、本明細書において、参考のために援用する。
【００１０】
図８において、炭素層７０３は、熱いフィラメントによって補助された化学蒸着（「ＣＶＤ」）プロセスを用いて堆積し得る。基板８０３（必要であればこの上に導電層７０２が堆積される）は、ＣＶＤ反応器８０２中のホルダー８０１上に載置される。水素ガス８０５が、反応器８０２におよそ１０分間未満、流入される。次に、メタンのパーセンテージが５０％未満である、水素８０５およびメタン８０６の混合物が、反応器８０２の中に１時間未満、流入される。上記工程におけるよりもメタンのパーセンテージが低い、別の水素８０５およびメタン８０６の混合物が、反応器８０２に２時間未満、流入される。そして、ＣＶＤ反応器８０２内において、水素８０５のフローが１５分未満行われる。
【００１１】
少量の酸素、窒素、あるいはホウ素ドーパントが、上記ガス流に含まれてもよい。
【００１２】
フィラメント８０４の温度は、１６００℃〜２４００℃の範囲に設定され、基板８０３の温度は、６００℃〜１０００℃の間に設定されている。堆積圧力は、５〜３００ｔｏｒｒの間である。
【００１３】
このプロセスから得られる炭素膜は、従来技術のダイアモンド状の炭素あるいはＣＶＤダイアモンド膜に比べて、優れた放出特性を示す。上記の方法で堆積された３つのサンプルの炭素膜上において、ＵＶラマンスペクトルが測定された。２４４ｎｍおよび２〜７ｍＷの励起ソースを用い、１１００ｃｍ-1〜１８５０ｃｍ-1の周波数内で、上記の方法で製造された炭素膜は、１５７８ｃｍ-1〜１６２０ｃｍ-1の範囲で、２５〜１６５ｃｍ-1のＦＷＨＭを有する明確なＵＶラマンバンドを有する。また、１３１８〜１３４０ｃｍ-1の範囲で、１８ｃｍ-1より大きいＦＷＨＭを有する、より小規模の線も存在し得る。１３６０〜１４１０ｃｍ-1の間には、１８０ｃｍ-1よりも大きいＦＷＨＭを有するバンドも時々存在する。
【００１４】
上記説明の炭素層は、熱いフィラメントで補助されたＣＶＤプロセスにて堆積されたが、炭素層は、物理的蒸着、電気分解、印刷あるいは塗装にて堆積し得る。炭素膜は、連続的あるいは非連続的であり得、各々３００ナノメートル未満のサイズである粒子の緻密なアレイを有し得る。
【００１５】
以上のように、上記説明の方法にて、炭素膜の３つのサンプルが堆積された。図１に示される第１の例におけるラマンスペクトルは、１５８０．８ｃｍ-1において、ＦＷＨＭが８９．７ｃｍ-1の明確なＵＶラマンバンドを有する。また、１３２９．７ｃｍ-1において
、ＦＷＨＭが２４．６ｃｍ-1の、ずっと小規模な線がある。
【００１６】
第２の炭素層サンプルのＵＶラマンスペクトルをテストした。これを図２に示す。この例は、１５８３．４ｃｍ-1において、ＦＷＨＭが４５．３ｃｍ-1のＵＶラマンバンドを示した。
【００１７】
第３の炭素層サンプルのＵＶラマンスペクトルは、図３に示すように測定された。この炭素層は、１６１２．２ｃｍ-1において、ＦＷＨＭが７７ｃｍ-1の明確なＵＶラマンバンドを有していた。この膜は、１４０８ｃｍ-1の肩部も示した。
【００１８】
図４〜６は、図１〜３に示される３つの炭素膜サンプルのそれぞれの蛍光体スクリーンイメージの写真である。これらのスクリーンイメージは、図７の電界放出デバイスと同様な電界放出デバイスから得られたものである。図１のラマンスペクトルに対応する図４の蛍光体スクリーンイメージは、５．３ボルト／マイクロメーターの電界によって得られたものである。
【００１９】
図２のＵＶラマンスペクトルに対応する図５の蛍光体スクリーンイメージは、６．３ボルト／マイクロメーターの電界によって得られたものである。
【００２０】
図３のＵＶラマンスペクトルに対応する図６の蛍光体スクリーンイメージは、５．７ボルト／マイクロメーターの電界によって得られたものである。
【００２１】
本発明の炭素膜は薄く（３００ナノメートル未満）、アモルフォス、非常に無秩序な黒鉛状炭素、ならびにいくらかの不規則なｓｐ3結合炭素および秩序立ったｓｐ3結合炭素の、独特な組み合わせからなっている。これらの膜における秩序立ったｓｐ3結合炭素（す
なわち、ダイアモンド構造）の成分あるいは量は非常に小さいため、ＵＶラマンスペクトルは従来の可視ラマンスペクトルに比べ２５倍もダイアモンド／黒鉛状炭素比に対して敏感であるという事実にもかかわらず、一般的な機器動作条件において、ＵＶラマンスペクトル中の１３３２ｃｍ-1周辺の明白なラマン励起線はほとんどの場合出現しないか、あるいは、出現したとしてもｓｐ2結合炭素のそれよりも小規模である（図１〜３参照）。
【００２２】
秩序立ったｓｐ3の結合炭素の領域サイズは、そのラマン線のＦＷＨＭおよび周波数偏
移から判断すると、おそらく６０オングストローム未満である（図１参照）。これらの膜におけるｓｐ3結合、特にアモルフォスｓｐ3の存在は、周波数の上方偏移および／または図３に示されるような、１５８０ｃｍ-1周辺の典型的なｓｐ3炭素励起線の低周波側の強
い肩部から、推測されることが多い。この肩部は、１５８０ｃｍ-1線がそれほど強くない場合、１３６０〜１４１０ｃｍ-1の範囲で１８０ｃｍ-1より大きいＦＷＨＭを有する広帯域バンドとして時々出現し得る。いくつかの膜においては、若干の上方周波数偏移および幅広化が見られるほぼ典型的な黒鉛状炭素線が出現したものもあった。これは、膜中にｓｐ3結合炭素の成分がほとんどなく、黒鉛状炭素構造がより多く存在することを示してい
る（図２参照）。
【００２３】
図１０〜１２は、図１〜３をそれぞれ参照して説明した３つのサンプル上における、可視ラマンスペクトルである。可視ラマンスペクトルは、５１４．５ナノメートル、１０ミリワットの励起ソースによって得られた。これらの３つのラマンスペクトルは、およそ１３５０ｃｍ-1（Ｄピーク）および１５８０ｃｍ-1（Ｇピーク）において、Ｄ／Ｇペアピークを明らかに示している。典型的には、本発明の炭素膜のＤピークは、１３４０ｃｍ-1〜１３８０ｃｍ-1の間であり、Ｇピークは１５７８ｃｍ-1〜１６２０ｃｍ-1の間である。
【００２４】
電界放出アプリケーションに適していると報告されている従来の炭素膜には、ＣＶＤあ
るいは欠陥補強（ｄｅｆｅｃｔ ｅｎｒｉｃｈｅｄ）ＣＶＤダイアモンド膜（窒素またはホウ素ドープあるいはイオン注入されたダイアモンド膜など）および、主にｓｐ3結合を
有するダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）膜がある。大部分がダイアモンド結合炭素からなり、領域サイズが６０オングストロームよりもずっと大きいＣＶＤあるいは欠陥ＣＶＤダイアモンド膜は、典型的には、１３３２ｃｍ-1近傍においてＦＷＨＭが１８ｃｍ-1未満である主ダイアモンド励起線を示し、そして１５８０ｃｍ-1近傍において、１７０ｃｍ-1より大きいＦＷＨＭを有し、広帯域であるがしばしばより小規模であるバンドを、ＵＶラマンスペクトル中において示す。きめの細かいＣＶＤダイアモンド膜が、可視ラマン中で時々１３３２ｃｍ-1近傍において微弱あるいはほとんど視認できない偏移をしばしば示すことを示す報告がされてきたが、ダイアモンドおよび黒鉛状炭素率に対するＵＶラマンの超感受性により、微粒子状ＣＶＤダイアモンド膜のＵＶラマンは、強く鋭いダイアモンド線を示すことに、留意されたい。すなわち、本発明でクレームされる膜は、ダイアモンド構造がより少ない。ほとんどの場合、この膜の存在は、ＵＶラマンによってでさえまったく検出されない。
【００２５】
ＤＬＣ膜は、ｓｐ2とｓｐ3結合が混合したアモルフォス炭素である。ＤＬＣ膜を作製する方法に依存して、膜中のｓｐ3／ｓｐ2結合比は、大部分ｓｐ2の状態から大部分ｓｐ3の状態へと大幅に変化し得る。長い間広く受け入れられている仮説として、これらの膜の中にｓｐ3クラスターが存在し、そしてこれらのクラスターはダイアモンドに類似している
ため、負の電子親和力を有する、とされている。上記の仮説に基づいて、ｓｐ3結合を主
とするＤＬＣ膜が、電界放出アプリケーションに適するとされてきた。これらのＤＬＣ膜のＵＶラマンスペクトルも、１５８０〜１６２０ｃｍ-1において励起線を示すが、それらの可視ラマンは１５８０ｃｍ-1線（Ｇバンド）および１３５０ｃｍ-1線（Ｄバンド）のいずれをも示さない。むしろ、はっきりとした非対称性と１５１０〜１６００ｃｍ-1の間に位置する広帯域バンドを有する。さらに、ＵＶラマンにおいてでさえ、これらのｓｐ3結
合を主とするＤＬＣ膜は常に、およそ１１５０ｃｍ-1にピークを有する別の広帯域バンドあるいは肩部を有し、これらの１５８０ｃｍ-1線のＦＷＨＭは、しばしば１６５ｃｍ-1よりも大きい。この１１５０ｃｍ-1における第２のバンドは、従来技術のＤＬＣ膜と本発明の炭素膜との間に、さらなる相違点を提供するものである。図９はＤＬＣ膜のラマンスペクトルを示しており、可視ラマン中１５１０〜１６００ｃｍ-1の間に位置する非対称バンドが示され、このピークは、フォトンエネルギーがＵＶラマンスペクトルに増大されるにつれ、１６００ｃｍ-1に偏移している。さらなる議論は、本明細書において参考のために援用する以下の文献に見出される：Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｏｆ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌｍｓ、Ｊ． Ｗａｇｎｅｒ、 Ｍ． Ｒａｍｓｔｅｉｎｅｒ、 Ｃｈ． ＷｉｌｄおよびＰ． Ｋｏｉｄｌ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ、１９８９、Ｊｕｌｙ １５、Ｖｏｌ．４０、ｐｐ．１８１７；Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉａｍｏｎｄ Ｆｉｌｍ Ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ、Ｒｉｃｈａｒｄ Ｗ． Ｂｏｒｎｅｔｔら、Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、７７（１１）、Ｊｕｎｅ、１９９５、ｐｐ．５９９６；そして、ＵＶ Ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ｂｏｎｄｉｎｇ ｉｎ Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ、Ｖ． Ｌ． Ｍｅｒｋｕｌｕｖら、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｊｕｎｅ、１９９７、ｐｐ．４８６９。
【００２６】
上記説明において、ＵＶラマンスペクトルにおける、ピーク位置、線幅、線形状およびそれらの強度比は、本炭素膜の結合構造について特徴的である。本発明において示される、周波数およびＦＷＨＭ範囲、ならびに線形状および強度比は、従来技術において電界エミッターとして利用されていない、秩序的あるいは無秩序のｓｐ2およびｓｐ3の結合構造
を持つ炭素膜群を表すものである。図１〜６は、優れた電界放出特性を示した、この炭素膜群のうち３つの例を示すものである。
【００２７】
開示した特定のラマンスペクトルを有する本発明の炭素膜の利点としては、２ボルト／マイクロメートル未満の抽出電界（ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ）で放出が可能な膜であること、１０ボルト／マイクロメートルにおいて少なくとも１０4部位／センチメートル2の放出部位密度を有する炭素膜であること、ならびに１００ミリアンペア／センチメートル2以上の電流密度が提供可能な炭素膜であることが含まれる
。この放出特性により、これらの炭素膜は、非常に均一な高性能電界放出電子デバイス用として特に望ましい。ここで強調しておきたいのは、従来技術によるいくつかのダイアモンドまたはＤＬＣ膜のなかには、同等の電界放出が可能、あるいは同等の電流密度をもたらすことが可能とするものもあるとの報告がこれまであったとしても、それらの膜の放出部位密度に関する報告は一度もないことである。実際、小数の放出部位が示されるのみのことがしばしばであり、放出電流密度の報告は、それらのわずかな部位から集めた電流をもとに推測されたものである。本明細書において開示する炭素膜は、表面全体に均一に放出を行う。
【００２８】
本発明およびその利点を詳細に説明したが、様々な変更、置換および改変が、特許請求の範囲に定義する本発明の精神および範囲を逸脱することなく行われるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明のカソードの１例のＵＶラマンスペクトルである。
【図２】図２は、本発明のカソードの別の例のＵＶラマンスペクトルである。
【図３】図３は、本発明のカソードの１例の別のＵＶラマンスペクトルである。
【図４】図４は、図１にＵＶラマンスペクトルを図示した放出炭素膜の、蛍光体スクリーンイメージである。
【図５】図５は、図２にＵＶラマンスペクトルを図示した放出炭素膜の、蛍光体スクリーンイメージである。
【図６】図６は、図３にＵＶラマンスペクトルを図示した放出炭素膜の、蛍光体スクリーンイメージである。
【図７】図７は、本発明を実施した電界放出デバイスである。
【図８】図８は、本発明の炭素膜を堆積するための装置である。
【図９】図９は、従来技術のＤＬＣ膜のラマンスペクトルのグラフである。
【図１０】図１０は、図１の示すカソード例の、可視ラマンスペクトルである。
【図１１】図１１は、図２の示すカソード例の、可視ラマンスペクトルである。
【図１２】図１２は、図３の示すカソード例の、可視ラマンスペクトルである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板上に蛍光体を有するアノードと、
第２の基板上に炭素膜の層を有するカソードとを有し、
前記炭素膜は、１５７８ｃｍ−１〜１６２０ｃｍ−１の範囲の第１のＵＶラマンバンドを有し、
前記第１のＵＶラマンバンドは、２５ｃｍ−１〜１６５ｃｍ−１の半値全幅値（ＦＷＨＭ）を有し、
前記炭素膜は、前記炭素膜の表面全体から電子を均一に放出する、高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２】
前記炭素膜は、２ボルト／マイクロメートル未満の抽出電界で放出が可能である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項３】
前記炭素膜は、１０ボルト／マイクロメートルにおいて少なくとも１０４部位／ｃｍ２の放出部位密度を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項４】
前記炭素膜は、１００ミリアンペア／ｃｍ２以上の電流密度が提供可能である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項５】
ダイオード構造あるいはトライオード構造で提供された請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項６】
電界放出ランプあるいはマトリックスアドレスが可能なカラーディスプレイを製造するために使用される請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項７】
前記炭素膜は、前記放出部位密度が大きいほど、低い閾値電界を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項８】
前記炭素膜は、アモルフォスと、非常に無秩序な黒鉛状炭素と、いくらかの不規則なｓｐ３結合炭素および秩序立ったｓｐ３結合炭素との組み合わせの独特な範囲を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項９】
前記炭素膜は、前記炭素膜を作製する方法および主要ガスによって決定されるｓｐ３／ｓｐ２結合比を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１０】
電子放出は、酸素、窒素、ホウ素、その他のような主要ガスに対する添加剤によって決定され得る、請求項９に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１１】
前記炭素膜は、ダイアモンド状のＣＶＤよりも優れた電子放出性能を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１２】
前記炭素膜は、グラファイト化の程度に特有なＤバンドおよびＧバンドを有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１３】
前記炭素膜は、Ｄバンドの強度とＧバンドの強度との比であって、粒子サイズに特有な比を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１４】
前記炭素膜は、ダイアモンドとグラファイトとの混相構造に強く依存した電界放出特性を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１５】
前記炭素膜は、広帯域バンドあるいは肩部を有する第３のＵＶラマンバンドであって、およそ１１５０ｃｍ−１にピークを有し、ナノスケールのダイアモンド粒子のサイズ効果に特有な第３のＵＶラマンバンドを有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１６】
前記ＵＶラマンバンドは、前記炭素膜の成長中にメタンおよび／または水素のフローを変更することによって達成される、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１７】
前記ＵＶラマンバンドは、ダイヤモンド状グレインと黒鉛状グレインとの間のグレイン境界を示す、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１８】
前記炭素膜は、５ナノメートルより大きく、かつ、１００ナノメートルより小さいダイヤモンドグレインを有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１９】
前記ダイヤモンドグレインのサイズは、前記炭素膜におけるグラファイト成分が０％より大きく、かつ、５０％より小さい場合に変動する、請求項１８に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２０】
ＵＶラマンの分析は、グラファイトグレインに対してダイヤモンドグレインのスキャッタリングが強いために分析ツールとしてより効果的である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２１】
前記炭素膜は、より低いメタン濃度がより低いグラファイト成分を有する炭素膜を達成するように前記炭素膜を成長する際に用いられるメタン濃度に依存するグラファイト成分を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２２】
前記炭素膜は、一定のメタン濃度において前記炭素膜を成長させる際に用いられる水素濃度に応じて変動する平均ダイヤモンドグレインサイズを有し、前記ダイヤモンドグレインサイズは、水素フローレートが増大するにつれて増大する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２３】
前記炭素膜の電子放出特性は、前記炭素膜のダイヤモンドグレインサイズおよびグラファイト成分によって定義されている、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２４】
前記炭素膜の電子放出特性は、前記炭素膜のダイヤモンドグレインと黒鉛グレインとの間の境界の性質によって定義されている、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２５】
前記炭素膜の放出部位密度は、５ナノメートルより大きく、かつ、１００ナノメートルより小さいサイズを有するダイヤモンドグレインに対して最適である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２６】
前記炭素膜の電子放出の均一性は、５ナノメートルより大きく、かつ、１００ナノメートルより小さいサイズを有するダイヤモンドグレインに対して最適である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２７】
電子放出メカニズムは、前記ダイヤモンドグレインにおけるダイヤモンド／グラファイトグレインインターフェースからのトンネル効果によって制御される、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２８】
グラファイトマトリックスにおいてダイアモンド微結晶に関して炭素膜を特徴付ける方法であって、ＵＶラマンを用いた特徴付けは、可視ラマンを用いた特徴付けよりも少なくとも２５倍敏感である、方法。
【請求項１】
第１の基板上に蛍光体を有するアノードと、
第２の基板上に炭素膜の層を有するカソードとを有し、
前記炭素膜は、１５７８ｃｍ−１〜１６２０ｃｍ−１の範囲の第１のＵＶラマンバンドを有し、
前記第１のＵＶラマンバンドは、２５ｃｍ−１〜１６５ｃｍ−１の半値全幅値（ＦＷＨＭ）を有し、
前記炭素膜は、前記炭素膜の表面全体から電子を均一に放出する、高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２】
前記炭素膜は、２ボルト／マイクロメートル未満の抽出電界で放出が可能である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項３】
前記炭素膜は、１０ボルト／マイクロメートルにおいて少なくとも１０４部位／ｃｍ２の放出部位密度を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項４】
前記炭素膜は、１００ミリアンペア／ｃｍ２以上の電流密度が提供可能である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項５】
ダイオード構造あるいはトライオード構造で提供された請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項６】
電界放出ランプあるいはマトリックスアドレスが可能なカラーディスプレイを製造するために使用される請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項７】
前記炭素膜は、前記放出部位密度が大きいほど、低い閾値電界を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項８】
前記炭素膜は、アモルフォスと、非常に無秩序な黒鉛状炭素と、いくらかの不規則なｓｐ３結合炭素および秩序立ったｓｐ３結合炭素との組み合わせの独特な範囲を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項９】
前記炭素膜は、前記炭素膜を作製する方法および主要ガスによって決定されるｓｐ３／ｓｐ２結合比を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１０】
電子放出は、酸素、窒素、ホウ素、その他のような主要ガスに対する添加剤によって決定され得る、請求項９に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１１】
前記炭素膜は、ダイアモンド状のＣＶＤよりも優れた電子放出性能を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１２】
前記炭素膜は、グラファイト化の程度に特有なＤバンドおよびＧバンドを有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１３】
前記炭素膜は、Ｄバンドの強度とＧバンドの強度との比であって、粒子サイズに特有な比を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１４】
前記炭素膜は、ダイアモンドとグラファイトとの混相構造に強く依存した電界放出特性を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１５】
前記炭素膜は、広帯域バンドあるいは肩部を有する第３のＵＶラマンバンドであって、およそ１１５０ｃｍ−１にピークを有し、ナノスケールのダイアモンド粒子のサイズ効果に特有な第３のＵＶラマンバンドを有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１６】
前記ＵＶラマンバンドは、前記炭素膜の成長中にメタンおよび／または水素のフローを変更することによって達成される、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１７】
前記ＵＶラマンバンドは、ダイヤモンド状グレインと黒鉛状グレインとの間のグレイン境界を示す、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１８】
前記炭素膜は、５ナノメートルより大きく、かつ、１００ナノメートルより小さいダイヤモンドグレインを有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項１９】
前記ダイヤモンドグレインのサイズは、前記炭素膜におけるグラファイト成分が０％より大きく、かつ、５０％より小さい場合に変動する、請求項１８に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２０】
ＵＶラマンの分析は、グラファイトグレインに対してダイヤモンドグレインのスキャッタリングが強いために分析ツールとしてより効果的である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２１】
前記炭素膜は、より低いメタン濃度がより低いグラファイト成分を有する炭素膜を達成するように前記炭素膜を成長する際に用いられるメタン濃度に依存するグラファイト成分を有する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２２】
前記炭素膜は、一定のメタン濃度において前記炭素膜を成長させる際に用いられる水素濃度に応じて変動する平均ダイヤモンドグレインサイズを有し、前記ダイヤモンドグレインサイズは、水素フローレートが増大するにつれて増大する、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２３】
前記炭素膜の電子放出特性は、前記炭素膜のダイヤモンドグレインサイズおよびグラファイト成分によって定義されている、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２４】
前記炭素膜の電子放出特性は、前記炭素膜のダイヤモンドグレインと黒鉛グレインとの間の境界の性質によって定義されている、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２５】
前記炭素膜の放出部位密度は、５ナノメートルより大きく、かつ、１００ナノメートルより小さいサイズを有するダイヤモンドグレインに対して最適である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２６】
前記炭素膜の電子放出の均一性は、５ナノメートルより大きく、かつ、１００ナノメートルより小さいサイズを有するダイヤモンドグレインに対して最適である、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２７】
電子放出メカニズムは、前記ダイヤモンドグレインにおけるダイヤモンド／グラファイトグレインインターフェースからのトンネル効果によって制御される、請求項１に記載の高性能電界放出電子デバイス。
【請求項２８】
グラファイトマトリックスにおいてダイアモンド微結晶に関して炭素膜を特徴付ける方法であって、ＵＶラマンを用いた特徴付けは、可視ラマンを用いた特徴付けよりも少なくとも２５倍敏感である、方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２２０６９０（Ｐ２００７−２２０６９０Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４８６９４（Ｐ２００７−１４８６９４）
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【分割の表示】特願２００６−２２９３３６（Ｐ２００６−２２９３３６）の分割
【原出願日】平成１０年７月２９日（１９９８．７．２９）
【出願人】（５０００５８４０８）ナノプロプリエタリー，インコーポレイテッド (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月４日（２００７．６．４）
【分割の表示】特願２００６−２２９３３６（Ｐ２００６−２２９３３６）の分割
【原出願日】平成１０年７月２９日（１９９８．７．２９）
【出願人】（５０００５８４０８）ナノプロプリエタリー，インコーポレイテッド (10)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]