負性電子親和力窒化炭素材料からのフィールドエミッション

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大気開放型化学気相析出(CVD)法において、原料にZn(C_5H_7O_2)_2とAl(C_5H_7O_2)_3を用いて、Si単結晶など平坦な基板上にAl:ZnO結晶を成長させると、基板から垂直に成長した導電性ウイスカーとなる。本研究では、先端がきわめて鋭利なミクロ構造体Al:ZnOウイスカー群を導電性基板上に合成し、さらに低電子親和力をもつアモルファス炭素系膜をコーティングした。このようにして得られた素子から電界放出(フィールドエミッション)を得た。その結果,以下に示すことがわかった。1)電界放出素子の電子放出能はウイスカーの先端形状に大きく依存した。アモルファス炭素系膜が厚くウイスカーを埋めて平坦な場合には、電子放出能は小さかったが、膜が薄くウイスカーの形状が保たれていると、電子放出能は大きく向上した。2)BrCN+Arを原料として作製されたα-CN_x:H膜をコーティングして作製された電界放出素子の電界放出特性は比較的良好で、しかも安定性がよかった。電流密度1μA/cm^2における閾値電界が1.5V/μmで、最大電流密度0.1mA/cm^2が得られた。電極間距離50μmで100V程度の印加電圧で1A/m^2の電流が得られる計算になり、現在実用化目標である電流密度0.1A/m^2を軽く超えている。また結果は大型ディスプレイ(42インチ相当)における消費電力が60W程度になることを示しており、現在のプラズマディスプレイの消費電力400Wより大きく消費電力を低減したディスプレイの製造も期待できる。なお、赤色蛍光体を実際に強力に発光させるのに成功した。導電性ウィスカーとアモルファス炭素系膜の組合せは,高効率な電界放出素子になり得ると結論する。