カーボンナノチューブを用いた高性能微小電子線源の作製

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650382
• Research Institution: Osaka Prefecture University
• Principal Investigator: 川田 博昭 大阪府立大学, 工学研究科, 助教授 (90186099)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 秋田 成司 大阪府立大学, 工学研究科, 講師 (60202529) ; 中山 喜萬 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (20128771) ; 村田 顕二 大阪府立大学, 工学研究科, 教授 (30029079)
• Keywords: ゲート付き微小電子線源 / カーボンナノチューブ / 低電圧動作 / 反応性イオンエッチング / 垂直配向 / 選択成長 / 電界放出特性

Research Abstract

本研究ではシリコン基板に作製した微細孔の底からエミッタとしてカーボンナノチューブを熱CVDで成長させ、引出し電極は基板表面に作製する。これにより、エミッタと引き出し電極が基板に一体化し、低電圧で安定な動作をするゲート付き微小電子線源を作製する。この目的を達成するため、本年度は以下の実験を行った。
1.シリコン微細孔の作製
プロセスの都合上アスペクト比が2〜3程度の垂直な断面形状をもつシリコン細孔を均一性よく作製する必要がある。クロムをマスクとしてSF_6+50%O_2の混合ガスを用い、圧力1.3Paで反応性イオンエッチング(RIE)によりシリコンのエッチングを行った。その後、側壁の絶縁のため熱酸化を行い、RIEにより側壁の酸化膜を残して、細孔底部の酸化膜のエッチングを行った。これにより周期5μm、細孔の直径約1.3μm、深さ約5.5μmの微細孔が形成できた。
2.カーボンナノチューブの作製
シリコン基板の表面にカーボンナノチューブ成長の触媒となるFeをリフトオフでパターニングしてつけた。周期5μm、Feの触媒部は2μmとした。この試料を温度715℃の炉内に入れ、反応性ガスとしてアセチレン30sccm、ヘリウム200sccmを用いて熱CVDを約10分行った。この結果、Feの触媒がある部分からだけ基板と垂直に配向したカーボンナノチューブを選択成長させることができた。
3.電界放出特性の測定
ターボポンプで排気できる測定用チャンバーを設計、作製した。600Vの電源を購入し、電流、電圧特性がパソコンで計測できるようなシステムを構築した。この測定系を用いて2.で作製されたカーボンナノチューブからの電界放出特性を調べた。アノードは基板から100μmのところに設置した。作製された素子は230Vから電流が流れ始め、300Vで約10μAの電流が得られた。