プラズマ化学気相成長法によるカーボンナノチューブの成長制御および電子放出特性

等离子体化学气相沉积碳纳米管的生长控制及电子发射特性

• 批准号: 13750273
• 负责人: 佐藤 英樹
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750273/
• 关键词: カーボンナノチューブ; プラズマCVD; 垂直配向成長; 半導体プロセス; 電界電子放出; 電界放出型ディスプレイ; 垂直配向; 水素プラズマ処理; 水素・メタンプラズマ処理; 成長制御

本研究では、平成13年度に、マイクロ波プラズマCVD法を用いたカーボンナノチューブの成長制御を試み、各種成長強健の最適化により成長制御を行うことが可能であることを明らかにした。平成14年度においては、これらの成果を踏まえ、マイクロ波プラズマCVD法により成長したカーボンナノチューブの電子顕微鏡法による詳細な構造の調査、および電界電子放出特性の調査を行った。電子顕微鏡法による詳細な構造特性の調査の結果、本方法で成長させたカーボンナノチューブは良好なグラファイト構造を持つが、根元部においてはアモルファス的な構造を持つ領域があることが見出された。このような層が存在すると、電気的・機械的特性に悪影響を及ぼす可能性があるため。これを改善する必要があることが明らかとなった。まだ、本研究で作製したカーボンナノチューブからの電子放出特性に関しても、いくつかの重要な知見が得られた。マイクロ波プラズマCVDにより薄膜状に成長させたカーボンナノチューブは、その成長密度が高すきるため、電界の遮蔽効果により電界電子放出特性については良好な特性が得られなかった。そこで、半導体プロセスを利用してカーボンナノチューブ薄膜を平面基板上に、任意の形状に成長させるプロセスを開発した。これにより数ミクロンオーダーの格子状の微細パターンを持つカーボンナノチューブ薄膜を平面基板上に形成し、これからの電子放出特性を調べたところ、電界電子放出特性が大幅に改善されることが確認された。これらの結果から、本カーボンナノチューブ成長プロセスと半導体プロセスを組み合わせることにより、カーボンナノチューブを次世代平面ディスプレイとして期待される電界放出型ディスプレイの電子源への応用が可能であることが示された。

在这项研究中，我们在2001年尝试使用微波等离子体CVD方法来控制碳纳米管的生长，并揭示了可以通过优化各种生长鲁棒性来执行生长控制。在2002年，根据这些结果，我们研究了使用电子显微镜通过微波等离子体CVD生长的碳纳米管的详细结构，并研究了现场电子发射特性。在通过电子显微镜对结构特性进行了详细研究后，发现通过这种方法生长的碳纳米管具有良好的石墨结构，但是根部有具有无定形结构的区域。因为这种层的存在可能对电气和机械性能产生负面影响。据透露，这需要改善。尽管如此，关于本研究中产生的碳纳米管的电子发射特性，还获得了一些重要的发现。通过微波等离子体CVD在薄膜中生长的碳纳米管具有高生长密度，并且由于屏蔽电场的效果，无法获得良好的电场发射特性。因此，开发了一种将碳纳米管薄膜生长到平面基板上的任何形状的过程。这允许在平面基板上形成几微米的晶格碳纳米管薄膜，并检查了未来的电子发射特性，并确认了现场电子发射特性得到了显着改善。这些结果表明，将碳纳米管生长过程与半导体过程相结合，可以将碳纳米管应用于电子源，这预计将是下一代平面显示。