JP4423496B2 - Electron emission electrode - Google Patents
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Description
本発明は、電子放出特性に優れた炭素薄膜を備えた電子放出電極に関し、特に非チューブ状の炭素薄膜を備えた電子放出電極に関する。 The present invention relates to an electron emission electrodes having excellent thin carbon film to the electron emission characteristics, an electron emission electrode, particularly with a non-tubular carbon film.
電界放出型電子源においては、電子が放出される部分は、その先端部付近に電子を引っ張り出す強い電界集中が生じるため、低い印加電圧で電子放出が可能となる。このため、カーボンナノチューブ(以下、CNTという。)が発見されてより、ナノメートルサイズの微細構造を有する炭素物質を電子放出電極に応用する開発が数多くなされてきた。 In a field emission type electron source, a portion where electrons are emitted has a strong electric field concentration that pulls out electrons in the vicinity of the tip portion thereof, so that electrons can be emitted with a low applied voltage. For this reason, since the discovery of carbon nanotubes (hereinafter referred to as CNT), many developments have been made in which carbon materials having a nanometer-sized microstructure are applied to electron-emitting electrodes.
それら電子放出電極に関する開発例として、電子放出性電極となる金属基板をエッチング処理して一定間隔の凸部を設け、この凸部表面にAl等の導電体層を被膜しこの上に複数のCNTを付着させた後、導電体層を溶解させることによって、CNTが剥離しにくくなり、またCNTは導電体層を介して電極基板に電気的に接続されるので、電極基板とCNTとの導電性が良好となり、電子放出源の全域から均一な電子放出を得ることができることが報告されている(特許文献1)。
上記電子放出電極は、線状の複数のCNTを有機溶媒で分散させて電解質を加えた溶液に金属基板を浸漬し、電気泳動によりCNTを付着させているが、CNTはその名のごとくナノメータレベルの直径のため、外的な応力に対する機械的強度が脆弱なので、溶液中に分散させたり、電気泳動することによる液相中の抵抗により破損してしまう恐れがある。このようにCNTを金属基板とは別のところで生成後、電気泳動を行ったり、導電体を溶解させてCNTを固着させねばならず、CNTが生成されてからの工程が煩雑になりCNTのチューブ構造が破壊されやすい要因が増えてしまうといった問題があった。 The electron emission electrode is formed by immersing a metal substrate in a solution obtained by dispersing a plurality of linear CNTs in an organic solvent and adding an electrolyte, and attaching the CNTs by electrophoresis. Therefore, the mechanical strength against external stress is fragile, so that there is a risk of being broken by resistance in the liquid phase caused by dispersion in a solution or electrophoresis. As described above, after the CNT is generated separately from the metal substrate, it is necessary to perform electrophoresis or dissolve the conductor to fix the CNT, and the process after the CNT is generated becomes complicated, and the CNT tube There was a problem that the factors that the structure is easily destroyed increased.
以上説明したように、従来の電子放出電極は、製造方法及びその電子放出能力においてより改善が求められるものである。当然、これらの電子放出電極を用いた様々な電子装置も製造が困難で動作電圧が高い等の技術的課題を有している。 As described above, the conventional electron emission electrode is required to be improved in the manufacturing method and the electron emission capability. Naturally, various electronic devices using these electron-emitting electrodes also have technical problems such as difficulty in manufacturing and high operating voltage.
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、製造が容易で優れた電子放出特性を有する電子放出電極を提供することを利点とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and an advantage thereof is to provide an electron emission electrodes having excellent electron emission characteristics it is easy to manufacture.
上記利点を得るために、この発明の第1の観点にかかる電子放出電極は、
基体と該基体上に配置された複数の粒状のダイヤモンドとから構成された基板と、
前記基板の前記粒状のダイヤモンドの表面に形成され、複数の炭素薄片で構成された花弁状炭素薄片集合体からなる電子放出膜とを備え、
前記炭素薄片は、厚さが1nm〜500nmのグラフェンシートにより構成され、外辺開口部における薄片同士の間隔が3μm以下であり、
前記炭素薄片集合体の大きさが5μm〜30μmで、隣接する炭素薄片集合体同士の間隔は薄片集合体の直径をDとした時に1D〜10Dである、
ことを特徴とする。
In order to obtain the above advantages, the electron emission electrode according to the first aspect of the present invention is:
A substrate composed of a substrate and a plurality of granular diamonds disposed on the substrate;
An electron emission film formed on the surface of the granular diamond of the substrate and made of a petal-like carbon flake aggregate composed of a plurality of carbon flakes ;
The carbon flakes are composed of a graphene sheet having a thickness of 1 nm to 500 nm, and the interval between the flakes in the outer side opening is 3 μm or less,
The size of the carbon flake aggregate is 5 μm to 30 μm, and the distance between adjacent carbon flake aggregates is 1D to 10D, where D is the diameter of the flake aggregate.
It is characterized by that .
花弁状炭素薄片集合体は、その形状からその中央部に電界を集中する機能を有し、これに、炭素薄片自体の形状の効果による電界集中が加わる。さらに、突起物上に形成された花弁状炭素薄片集合体は、基板の平坦部に対して、陽極に向かって突出した位置にあり、電界を集中する機能を有する。従って、突起物上に形成された花弁状炭素薄片集合体の先端部では、二重の電界集中効果が生じ、電子放出が可能となる閾値電圧を引き下げることができる。 The petal-like carbon flake aggregate has a function of concentrating the electric field from its shape to the central portion thereof, and electric field concentration due to the effect of the shape of the carbon flake itself is added thereto. Further, the petal-like carbon flake aggregate formed on the protrusion is located at a position protruding toward the anode with respect to the flat portion of the substrate and has a function of concentrating the electric field. Therefore, a double electric field concentration effect occurs at the tip of the petal-like carbon flake aggregate formed on the protrusion, and the threshold voltage at which electrons can be emitted can be lowered.
炭素薄片は、例えば、グラフェンシートから構成される。炭素薄片をグラフェンシートから構成することにより、ダイヤモンドのような絶縁体やアモルファス状の炭素膜と比して電界集中度が高く、高い電子放出効率を得ることができる。 The carbon flakes are composed of graphene sheets, for example. By constituting the carbon flakes from a graphene sheet, the electric field concentration is higher than that of an insulator such as diamond or an amorphous carbon film, and high electron emission efficiency can be obtained.
前記基板は、例えば、基体と、該基体上に配置されて前記突起物を構成する粒状物とから構成される。この粒状物は、例えば、粒径が5〜30μmのダイヤモンドの粒子から構成される。粒状物としてダイヤモンド微粒子を使用すれば、炭素膜形成における触媒として知られている鉄族元素などと異なり、成長端を触媒元素で汚染することもなく、また、基板面での炭素膜結晶(グラファイト)の核形成に必要なエネルギーを減少させることができるので、より結晶性のよい炭素薄片が得られる。 The substrate may, for example, composed of a granular material constituting the substrate, the collision Okoshibutsu disposed on said substrate. The granules, for example, the particle size is composed of diamond particles of 5 to 30 [mu] m. If diamond fine particles are used as the granular material, unlike the iron group element known as a catalyst in carbon film formation, the growth edge is not contaminated with the catalyst element, and the carbon film crystal (graphite on the substrate surface) ) Nucleation can be reduced, so that carbon flakes with better crystallinity can be obtained.
前記粒状物は、ダイヤモンドのように不純物濃度が低く、高温でも固相の状態を維持するので仮に不純物を含んでいても不純物を拡散して花弁状炭素薄片集合体の成長に悪影響をもたらすことはない。 Since the particulate matter has a low impurity concentration like diamond and maintains a solid phase state even at high temperatures, it does not adversely affect the growth of petal-like carbon flake aggregates by diffusing impurities even if they contain impurities. Absent.
上記構成によれば、炭素薄片が形成する花弁型の構造による電界集中と、炭素薄片自体の形状効果による電界集中が加わるため、集合体先端部での電界集中が強化され、電子放出特性が向上する。
また前記基板上で結晶成長することによって前記複数の突起物を形成する工程をさらに備えてもよく、このような突起物としてはダイヤモンドが特に好ましい。
According to the above configuration, the electric field concentration due to the petal-type structure formed by the carbon flakes and the electric field concentration due to the shape effect of the carbon flakes themselves are added, so the electric field concentration at the tip of the assembly is enhanced and the electron emission characteristics are improved. To do.
In addition, the method may further include a step of forming the plurality of protrusions by crystal growth on the substrate, and diamond is particularly preferable as such a protrusion.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる電子放出電極について説明する。 Hereinafter, electron emission electrodes according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施の形態にかかる電子放出電極10は、図1に断面で示すように、導電性の基体12と導電性基体12上に固着された複数の粒状物13とから構成された基板11と、粒状物13上に形成された花弁状の構造を有する花弁状炭素薄片集合体14と導電性基体12上に形成させた平面状炭素薄片集合膜16と、から構成されている。
As shown in a cross section in FIG. 1, an
基板11を構成する導電性基体12は、ニッケルやシリコン結晶等の約950℃以上の温度に耐えうる導電性材料から構成され、負電圧を印加するための電極が接続されている。
The
基板11を構成する粒状物13は、グラファイトが成長可能で且つ約950℃以上の温度(製造時の熱処理温度)に耐えうるダイヤモンド、モリブデン、SiC,SiN等の材料の微粒子から構成され、基板11の突出部を形成する。粒状物13は、基板11上の欠陥等のために生成する炭素の異常成長塊(通常、炭素薄片の塊)15のサイズよりも大きい粒径(5μm〜30μm程度)を有し、望ましい粒径は、5μm〜30μm程度である。また、導電性基体12の単位面積あたりの花弁状炭素薄片集合体14の表面積を大きくして電子放出特性を良好にするため、粒状物13は、その表面積が大きい多角的な形状が好ましく、電子を放出しやすいように所々に先端(角部、鋭角的な部分等)があることが好ましい。導電性基体12上の粒状物の配置密度は、放電電流等によるが、例えば、104個/cm2〜107個/cm2程度である。
The
図2に平面図で、図3に図2のBB線断面図で模式的に示すように、典型的な花弁状炭素薄片集合体14は、粒状物13の表面を起点として成長し、曲面をなす花弁状の複数の炭素薄片14aが、粒状物13の表面に対して起立しながらも、互いにランダムな方向に繋がりあって構成されている。各炭素薄片14aは、数層のグラフェンシートから構成され、外辺開口部における薄片同士の間隔が3μm以下である。
As schematically shown in a plan view in FIG. 2 and a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2, a typical petal-like
1つの花弁状炭素薄片集合体14は、基体12の表面又は基体12上に形成された平面状炭素薄片集合膜16に対して粒状物13の高さに相当する5μm〜30μmの高さを有している。このため、陽極に対して基体12表面及び異常成長塊15よりも接近しており、粒状物を内包する花弁状構造による電界集中がおこる。
One petal-like
前記構造をとることにより、各炭素薄片14aの形状による電界集中と、花弁状炭素薄片集合体14の形状による電界集中の相乗効果が発生する。対して粒状物13が形成されていない基板11の場合、粒状物13の表面に相当する位置に花弁状炭素薄片集合体14が形成されず、基体12の平滑な表面に平坦な平面状炭素薄片集合膜16が形成されるだけである。本発明における粒状物13及び花弁状炭素薄片集合体14を備えた電子放出電極10は、粒状物13及び花弁状炭素薄片集合体14のない平面状炭素薄片集合膜16で電子を放出する電子放出電極に比べて凹凸に富み、容易に電子の放出が可能となり、所定値の電界放出電流に達するまでの閾値電圧を引き下げることができる。
By adopting the above structure, a synergistic effect of the electric field concentration due to the shape of each
図4は、1つの花弁状炭素薄片集合体14のSEM(高分解能走査型電子顕微鏡)像を、図5はその中心部分の拡大像を示す。図示するように、曲面状の壁(炭素薄片14a)がランダムに繋がりあいながら開口部(空隙部)をおよそ取り囲み、花弁状に全体として1つの円形状の集合体を形成している。
FIG. 4 shows an SEM (high resolution scanning electron microscope) image of one petal-like
この様な花弁状炭素薄片集合体14は、図6に示すように、花弁状炭素薄片集合体14の直径をDとした時に1D〜10Dの間隔に1つ配置されるように分布して形成されている。
Such petal-like
このような構成の電子放出電極においては、各炭素薄片14aは、基板11と接する基部の部分が曲線状で、垂直配向したカーボンナノチューブにおける点状接触と比較して、大面積で基板11に接触しているので、基板との密着強度は点状接触のカーボンナノチューブよりも非常に高い。
In the electron emission electrode having such a configuration, each
粒状物13としてダイヤモンド微粒子を使用すれば、グラフェンシート形成における触媒として知られている鉄族元素などと異なり、成長端を触媒元素で汚染することもなく、また、基板11上での炭素結晶(グラファイト)の核形成に必要なエネルギーを減少させることができる。従って、結晶性のよい花弁状炭素薄片集合体14が得られる。
If diamond fine particles are used as the
次に、上記構成を有する電子放出電極10の製造方法を説明する。
まず、基体12をエタノールとアセトンで、それぞれ10分間超音波洗浄する。
続いて、粒径10μm〜30μmの窒化ケイ素等のセラミック粒子、ダイヤモンド、炭化珪素の少なくとも何れかを含む微粒子(砥粒)1gを有機溶剤(エタノール)25mlに加えた懸濁液を作成し、十分に攪拌する。
Next, a method for manufacturing the
First, the
Subsequently, a suspension is prepared by adding 1 g of fine particles (abrasive grains) containing ceramic particles such as silicon nitride having a particle size of 10 μm to 30 μm, diamond, or silicon carbide to 25 ml of an organic solvent (ethanol). To stir.
続いて、洗浄後の基体12を、この混濁液に浸漬させ、43kHzの超音波を10分間印加する。
Subsequently, the cleaned
その後、基体12を取り出し、エタノールとアセトンで、それぞれ10分間超音波洗浄を施す。以上の工程により、基体12表面にダイヤモンドからなる粒状物13が固着した基板11が形成される。この段階での、基板11のSEM像を図7に示す。図7と図6の比較により、花弁状炭素薄片集合体14がダイヤモンド粒状物13を核として形成されることがわかる。
Thereafter, the
次に、この基板11を、図8に例示する構成のDC(直流)プラズマCVD装置200内のサセプタ202上に設置する。
Next, the
このDCプラズマCVD装置200は、汎用的な処理装置であり、処理容器(チャンバ)201と、サセプタ(下部電極)202と、上部電極203と、処理ガスシャワーヘッド204と、ガス供給管205,206と、パージガス供給管207と、排気管208と、直流電源209とを備える。
The DC plasma CVD apparatus 200 is a general-purpose processing apparatus, and includes a processing container (chamber) 201, a susceptor (lower electrode) 202, an
サセプタ202は下部電極を兼ね、被処理体を載置する。上部電極203には、下部電極202よりも低い電圧を印加する。
The
処理ガス供給管205は、MFC(マスフローコントローラ)やバルブを備え水素ガスをシャワーヘッド204に導く。処理ガス供給管206は、MFC(マスフローコントローラ)やバルブを備え、炭素含有ガス(例えば、メタン、エタン、アセチレンなどの炭化水素化合物、メタノール、エタノールなどの酸素含有炭化水素化合物、ベンゼン、トルエンなどの芳香族炭化水素、二酸化炭素及びこれらの混合物等)をシャワーヘッド204に導く。
The processing
パージガス供給管207は、パージガスとしての窒素ガスを処理容器201内に導く。排気管208は、排気システム210に接続され、処理容器201内を排気する。直流電源209は、サセプタ202と上部電極203との間に直流電圧を印加する。
The purge
基板11のサセプタ202上への載置が完了すると、次に、処理容器11内を1Pa程度に減圧する。続いて、ガス供給源よりガス供給管205,206を介してシャワーヘッド204に水素ガスとメタン等の炭素含有ガスとを導き、サセプタ(下部電極)202と上部電極203間に、直流電源209から500V程度の電圧(上部電極203とサセプタ202の間隔が4cm程度の場合)を印加し、流れる電流を制御することにより、プラズマ状態及び基板11の温度を制御する。基板11の温度を950℃以上1200℃以下に制御することが望ましい。成長温度を950℃以上とする理由は、温度が950℃以下とすると、形成される炭素薄片の結晶の品質が低下し、一部がアモルファスとなるおそれがあるためである。一方、1200℃以下とする理由は、温度が高すぎると、炭素薄片の成長速度が遅くなったり、成長しなくなったり、熱膨張により基板等に反り或いは破損をもたらすためである。成膜処理を40〜180分程度継続する。
When the placement of the
成膜処理を一定時間実行すると、サセプタ202と上部電極203間への電圧の印加を停止し、続いて、処理ガスの供給を停止し、パージガス供給管207を介して処理容器201内に窒素ガスを供給して常圧に復帰した後、形成された電子放出電極10を取り出す。
When the film forming process is executed for a certain period of time, the application of voltage between the susceptor 202 and the
以上の工程により、DC(直流)プラズマCVD法というECRプラズマ装置などと比較して簡易な構成の処理装置を用いて、比較的簡易な工程により、電子放出力に優れた電子放出電極を製造することができる。 Through the above steps, an electron emission electrode excellent in electron emission and output is manufactured by a relatively simple process using a processing apparatus having a simple structure as compared with an ECR plasma apparatus such as a DC (direct current) plasma CVD method. be able to.
なお、この発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation and application are possible.
例えば、花弁状炭素薄片集合体14のサイズや密度は適宜変更可能である。
また、基板11を製造する工程や花弁状炭素薄片集合体14を製造する工程も適宜変更可能である。
For example, the size and density of the petal-like carbon flake aggregate 14 can be changed as appropriate.
In addition, the process for manufacturing the
例えば、表面に突起を有する基板11を形成する工程は、上述の工程に限定されず、例えば、粒径5〜30μmのダイヤモンドまたは、炭化珪素砥粒で基体12の成膜部分の表面を擦り、基体12の表面に粒子による条痕を形成する。この処理により基体12表面に砥粒(粒状物)が埋め込まれる。この摩擦工程において、平均粒径をDとしたときの平均粒子間距離が1Dから10D、望ましくは3〜5Dとなるように、基体12への垂直応力と摩擦回数を調節する。続いて、余剰の砥粒を除去および基体12を洗浄するために、有機溶剤を用いて超音波洗浄器を用いて数分間洗浄を行う。この手法によっても、基体12に強固に粒状物13が固定され、突起部を備える基板11が得られる。
For example, the process of forming the
また、CVD法によりダイヤモンド等を選択的に成長させてもよい(選択的核形成成長法)。この場合、まずシリコン基板からなる基体12上にフォトグラフィ法によりエッチングを行い、表面に縦横2x2μm2高さ0.1μm〜0.2μmの凸部を、約5〜100μmの間隔(ピッチ)をおいて複数形成する。凸部は島状にしてマトリクス状にパターニングされていてもよいし、縦又は横方向に連続するストライプ状であってもよい。
Further, diamond or the like may be selectively grown by a CVD method (selective nucleation growth method). In this case, first, etching is performed on the
次いで、基体12をエタノール、アセトン等の有機溶剤で洗浄後、微小のダイヤモンド核が分散された懸濁液を基体12上に塗布する。塗布回数は懸濁液中の微小ダイヤモンド核の濃度に応じて設定され、薄ければ懸濁液の塗布、乾燥を複数回繰り返せばよい。このようにして微小ダイヤモンド核を凸部の周囲に配置させる。この後基体12面の法線方向に対して60°〜80°の斜め方向からアルゴンビームを数分間〜30分間照射する。すると、被爆したダイヤモンド微小核が破壊され、凸部の立体障害によって被爆を免れたダイヤモンド微小核が残存することになる。
Next, the
続いて、マイクロ波プラズマCVD法によって残存するダイヤモンド微小核を結晶成長させ粒状物13を形成し、DCプラズマCVD法によって粒状物13の表面及び露出した基体12の表面に花弁状炭素薄片集合体14を成膜する。
Subsequently, the diamond micronuclei remaining by the microwave plasma CVD method are crystal-grown to form the
このような製法では、凸部の位置及び間隔を予め設定することで任意の位置に任意の径の粒状物13を形成することができるので、粒状物13の配列及び密度の精密制御ができる。
In such a manufacturing method, since the
なお、基体12の表面のエッチングはドライエッチでもウェットエッチでもよいが、残渣を残すとダイヤモンド結晶の成長に悪影響を及ぼすので、十分な洗浄が必要となる。また、十分な間隔をおいて凸部を形成するのであれば、メタルマスクで平滑な基体12の表面に導電体または半導体を成膜してもよい。
Etching of the surface of the
次に、花弁状炭素薄片集合体14を形成する工程も任意である。例えば、処理装置の構造などは任意に変更可能である。 Next, the process of forming the petal-like carbon flake aggregate 14 is also optional. For example, the structure of the processing apparatus can be arbitrarily changed.
以下、上記実施の形態の一実施例を説明する。
φ40mmのニッケル基体を用意した。このニッケル基体に、エタノールとアセトンでそれぞれ10分間ずつ超音波洗浄を施した。
次に、洗浄済のニッケル基体を粒径20μmのダイヤモンド微粒子粉末1g/エタノール25mlの溶液中に浸漬させ、その表面にダイヤモンド微粒子を吸着させ、43kHzの超音波を10分間かけ、ダイヤモンド微粒子をニッケル基体に食い込ませて固着し、突起部を有する基板を形成した。このような基板表面のSEM像が前述の図7の像である。
An example of the above embodiment will be described below.
A nickel substrate having a diameter of 40 mm was prepared. The nickel substrate was subjected to ultrasonic cleaning with ethanol and acetone for 10 minutes each.
Next, the cleaned nickel substrate is immersed in a solution of 1 g of diamond fine particle powder having a particle size of 20 μm / 25 ml of ethanol, the diamond fine particles are adsorbed on the surface, and ultrasonic waves of 43 kHz are applied for 10 minutes. A substrate having protrusions was formed by biting into and fixing. Such an SEM image of the substrate surface is the image shown in FIG.
基板を取り出し、エタノールとアセトンで、それぞれ10分間ずつ超音波洗浄を行った。 The substrate was taken out and subjected to ultrasonic cleaning with ethanol and acetone for 10 minutes each.
次に、間隔が40mmのサセプタ(下部電極)とシャワーヘッド(上部電極)間に、700Vの電圧を印加し、電極間に流れる電流を4Aに制御し、さらに、原料ガスとして水素ガスとメタンガスを使用し、その全体圧力を8000Pa(60Torr)、メタンガスの割合を8%(体積比)、基板の温度を1000℃として、基体12及び粒状物13にわたって連続した層となる炭素薄片を60分間成膜した。
Next, a voltage of 700 V is applied between the susceptor (lower electrode) and the shower head (upper electrode) with a spacing of 40 mm, the current flowing between the electrodes is controlled to 4 A, and hydrogen gas and methane gas are used as source gases. A carbon flake that is a continuous layer over the
図6からわかるように基板の上にほぼ分散して花弁状炭素薄片集合体14が形成されている。各花弁状炭素薄片集合体の平均直径は約10μmである。 As can be seen from FIG. 6, petal-like carbon flake aggregates 14 are formed in a substantially dispersed manner on the substrate. The average diameter of each petal-like carbon flake aggregate is about 10 μm.
図9にこの実施例及び比較例の電子放出電極の電子放出特性を示す。
比較例1は平滑な基体12に粒状物13を設けることなしに花弁状炭素薄片集合体14を成長させた電子放出電極であり、比較例2は基体12に粒状物13を設けた後、花弁状炭素薄片集合体14の代わりに非晶質炭素膜をコーティングしたものである。
FIG. 9 shows the electron emission characteristics of the electron emission electrodes of this example and the comparative example.
Comparative Example 1 is an electron emission electrode in which a petal-like carbon flake aggregate 14 is grown without providing a
閾値電界(10μA/cm2の放射電流密度を得るための電極間の電界を閾値電界と定義する)に達するまでの電界強度は、図から明らかなように、実施例の電子放出電極では約1V/μmであり、比較例1では約3.5V/μm、比較例2では約12V/μmとなっており、この実施例の電子放出電極が非常に優れた電子放出特性を示していることが確認された。このことから、単に花弁状炭素薄片集合体14が設けられていても、その下方に粒状物13が設けられていないと、比較例1のように十分な電子放出特性が得られず、単に粒状物13が設けられていても、実施例のように花弁状炭素薄片集合体14が設けられていないと、比較例2のように十分な電子放出特性が得られないことが理解できる。
The electric field strength until reaching the threshold electric field (the electric field between the electrodes for obtaining a radiation current density of 10 μA / cm 2 is defined as the threshold electric field) is about 1 V in the electron emission electrode of the example, as is apparent from the figure. / Μm, which is about 3.5 V / μm in Comparative Example 1 and about 12 V / μm in Comparative Example 2, indicating that the electron-emitting electrode of this example exhibits very excellent electron-emitting characteristics. confirmed. From this, even if the petal-like carbon flake aggregate 14 is simply provided, if the
また、上記実施例の条件で成膜した花弁状炭素薄片集合体14をラマン分光法による構造解析を行った結果を図10に示す。図示するように、実施例の炭素薄片は、1580cm−1付近のグラファイトの炭素−炭素結合の六角格子内での炭素原子の振動に起因するGバンドと1350cm−1付近のDバンドのピーク強度比が鋭敏であり、また他のピークがほとんど見られないことから緻密で純度の高いグラファイトからなる花弁状炭素薄片集合体14が生成されていることが明らかである。 In addition, FIG. 10 shows the result of structural analysis of the petal-like carbon flake aggregate 14 formed under the conditions of the above-described example by Raman spectroscopy. As illustrated, the carbon flakes embodiment, the carbon graphite near 1580 cm -1 - peak intensity of G-band and 1350 cm -1 vicinity of D band caused by vibration of the carbon atoms in the hexagonal lattice of carbon coupling ratio It is clear that the petal-like carbon flake aggregate 14 composed of dense and high-purity graphite is produced from the fact that no other peaks are observed.
上記実施の形態に示された電子放出電極10では、粒状物13間の導電性基体12上に異常成長塊15や平面状炭素薄片集合膜16が形成されていたが、電界集中による電子放出は主に花弁状炭素薄片集合体14で起こるので異常成長塊15や平面状炭素薄片集合膜16はなくても電極として動作することができる。
In the
11 基板
12 基体
13 突起部(ダイヤモンド粒)
14 花弁状炭素薄片集合体
15 異常成長塊
16 平面状炭素薄片集合体
11
14 Petal-like carbon flake aggregate 15 Abnormally growing
Claims (1)
前記基板の前記粒状のダイヤモンドの表面に形成され、複数の炭素薄片で構成された花弁状炭素薄片集合体からなる電子放出膜とを備え、
前記炭素薄片は、厚さが1nm〜500nmのグラフェンシートにより構成され、外辺開口部における薄片同士の間隔が3μm以下であり、
前記炭素薄片集合体の大きさが5μm〜30μmで、隣接する炭素薄片集合体同士の間隔は薄片集合体の直径をDとした時に1D〜10Dである、
ことを特徴とする電子放出電極。 A substrate composed of a substrate and a plurality of granular diamonds disposed on the substrate;
An electron emission film formed on the surface of the granular diamond of the substrate and made of a petal-like carbon flake aggregate composed of a plurality of carbon flakes ;
The carbon flakes are composed of a graphene sheet having a thickness of 1 nm to 500 nm, and the interval between the flakes in the outer side opening is 3 μm or less,
The size of the carbon flake aggregate is 5 μm to 30 μm, and the distance between adjacent carbon flake aggregates is 1D to 10D, where D is the diameter of the flake aggregate.
An electron emission electrode.
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