カーボンナノチューブの配向制御成長技術の開発とナノサイズ電子源への応用

碳纳米管定向控制生长技术开发及其在纳米电子源中的应用

基本信息

批准号：
07J54162
负责人：
松田貴文
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究はフラットパネルディスプレイなどの冷陰極電子源の開発を目的として、電子ビームリソグラフィー装置を用い、基板上に空間制御されたカーボンナノチューブ(CNT)を成長させ、その電界放出特性を評価した。CNTを成長させる際に用いるNH_3/C_2H_2混合ガスの比と成長したCNTの形状と電界放出特性の関係を調査した。作製したサンプルを電界放射型顕微鏡(FE-SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した結果、C_2H_2比を10%から30%へと増加させるにつれ、その構造がチューブ状(15%以下)からコーン状(20%以上)へと変化する傾向が確認された。またCNTの長さは減少する傾向が確認された。これらの電界放出特性を比較すると、25%で成長したCNTでは、電子放出の生じる閾値電圧は240Vであるのに対し、15%で成長したCNTはで140Vとなり特性の向上を確認した。また、CNTの電界放出特性はその先端構造に強く依存するため、そのCNTの形状との関係を調べるため、マイクロ波励起表面波プラズマ装置を用いてO_2プラズマをCNT電子源表面へ照射した。入射パワーを400Wとし、最大5分間のプラズマ照射を行った。電界放出特性を比較すると、2分照射したCNTでは閾値電圧は110V(0.88V/μm)、5分照射したCNTでは260V(2.1V/μm)となった。また、これらをTEMにより構造解析を行った結果、先端触媒が除去されており、その部分で局所的な電界集中効果が高まったことが電界放出特性の向上につながったと考えられる。このようにして、研究目的で掲げた1.0V/μm以下を達成できた。

这项研究旨在开发冷阴极电子源，例如平板显示器，并使用电子束光刻设备，空间控制的碳纳米管（CNT）在基板上生长，并评估了现场发射特性。研究了用于生长CNT的混合气体，生长CNT的形状和场发射特性的NH_3/C_2H_2的比率之间的关系。使用场发射显微镜（FE-SEM）或透射电子显微镜（TEM）观察样品，并且随着C_2H_2比率从10％增加到30％，其结构倾向于从管状（小于15％）变为锥体（或更高20％）。此外，确认了CNT长度降低的趋势。比较这些场发射特性，以25％生长的CNT的阈值电压为240V，而电子发射的阈值电压为140V，而以15％的CNTS的阈值电压为150％，证实了特征的改善。此外，由于CNT的现场发射特性很大程度上取决于其尖端结构，因此使用微波激发表面波等离子体设备将O_2等离子体照射到CNT电子源的表面上。入射功率设置为400W，并执行高达5分钟的血浆辐射。比较场发射特性，辐照2分钟的CNT的阈值电压为110 V（0.88 v/μm），而对CNTS的辐照5分钟为260 V（2.1 V/μm）。此外，使用TEM对这些结果进行结构分析表明，去除了尖端催化剂，并增加了该区域的局部电场浓度效应，从而改善了场排放特性。通过这种方式，实现了用于研究目的的1.0 V/μm设置的量。