制造管狀碳分子的方法和管狀碳分子,制造記錄設備的方法和記錄設備,制造場致電子發...的制作方法

專利名稱：制造管狀碳分子的方法和管狀碳分子,制造記錄設備的方法和記錄設備,制造場致電子發 ...的制作方法
技術領域：
本發明涉及制造管狀碳分子的方法，它能將管狀碳分子(例如碳納米管)排列成精細圖案，本發明還涉及由上述方法得到管狀碳分子。而且，本發明涉及制造使用所述管狀碳分子的記錄設備的方法和使用所述管狀碳分子的記錄設備，還涉及制造包括使用所述管狀碳分子的陰極的場致電子發射器件的方法和由上述方法得到的場致電子發射器件，還涉及制造使用所述場致電子發射器件的顯示單元的方法和使用所述場致電子發射器件的顯示單元。
背景技術：
近年來，納米技術已經取得了顯著的發展，特別是分子結構(例如碳納米管)是具有較好性質(例如高熱傳導性、高電導率和高機械強度)的穩定材料，所以預期所述分子結構可用于更廣泛的用途，例如晶體管、存儲器和場致電子發射器件。
例如，作為碳納米管的一個應用，已知所述碳納米管可適合用來得到冷陰極場致電子發射(下文稱為“場致電子發射”)(例如，參見Yahachi Saito，Journalof The Surface Science Society of Japan，1998年，第19卷，第10期，第680-686頁)。所述場致電子發射是這樣一種現象，當向置于真空中的金屬或半導體施加大于預定閥值的電場時，電子通過量子隧道效應越過金屬或半導體表面附近的能壘，從而即使在室溫時電子也能射入真空。
利用場致電子發射原理來顯示圖像的FED(場致發射顯示器)具有一些特征，例如高強度、低能耗和低輪廓(profile)，并且所述FED已經發展為常規陰極射線管(CRT)的替代顯示單元(例如參見日本待審專利申請公報2002-203473和2000-67736)。作為FED的典型結構，陰極板(其中形成了發射電子的陰極)和陽極板(其中陽極涂有熒光層，通過發射電子的碰撞激發來發光)組合成一個相互對置的單元，所述FED的內部處于高真空狀態。但是，在該結構中，陰極板和陽極板很難以緊密的距離排列，所以必須在陰極板和陽極板之間施加高電壓。因此，引出電極(extraction electrode)(門電極)分布在所述陰極板和所述陽極板之間，以使所述陰極和所述引出電極更接近，從而在所述電極之間施加低電壓來引起場致電子發射。
圖75描述了這種常規FED例子的結構的截面圖。在該例子中，作為一種陰極結構，描述了圓錐形狀的所謂Spindt(得自一個人的名字)型結構(例如參見C.A.Spindt和其它三人，Journal of Applied Physics，(U.S.)，1976年，第47卷，第5248-5263頁和日本待審專利申請公報2002-203473)。
所述FED包括陰極板1100和朝著所述陰極板1100的陽極板1200。所述陰極板1100包括基材1120和朝著所述陰電極1110且其間有絕緣薄膜1130的引出電極1140，在所述基材1120上面形成了陰電極1110。形成了許多陰電極1110和許多引出電極1140，且每個引出電極1140都相對所述陰電極1110成直角分布。在所述基材1120上，許多陰極1150分布在陰電極1110朝著所述引出電極一側的表面上。
在各個引出電極1140中，許多小孔部分1160對應于各個陰極1150分布，所述小孔部分1160的大小與電子e-的大小一樣，從而使陰極1150發射的電子能穿過。而且，向各個引出電極1140循環施加掃描電壓的掃描驅動器(沒有顯示)與各個引出電極1140電氣連接。另一方面，根據圖像信號向各個陰電極1110選擇性施加電壓的數據驅動器(沒有顯示)與各個陰電極1110電氣連接。
各個陰極1150以矩陣形式對應于一定位置分布，其中所述引出電極1140和陰電極1110相互交叉，各個陰極1150的低表面電氣連接到相應的陰電極1110上。通過選擇性施加預定電場，所述陰極1150根據隧道效應由其尖端部分發射電子。此外，在典型的FED中，預定數量(例如1000)的陰極1150組對應于1個像素。
所述陽極板1200包括由玻璃材料等制成的且是光學透明的透明基材1210和陽電極1220，所述陽電極1220分布在所述透明基材1210朝著所述陰極板1100一側的表面上。形成與所述陰電極1110對應的許多陽電極1220。而且，能根據射入電子e-來發光的熒光物質施加到所述陽電極1220更接近所述透明基材1210一側的表面上，以形成熒光薄膜1230。而且，所述陽電極1220可由透明導電材料如ITO(銦-錫氧化物)制成，并且所述熒光薄膜1230可形成在所述陽電極1220更接近所述陰極板1100一側的表面上。
在具有該結構的FED中，當在所述引出電極1140和陰電極1110之間選擇性地施加電壓時，場致電子發射發生在所述引出電極1140和所述陰電極1110的交叉點上的陰極1150中，電子e-射向所述陽電極1220。由所述陰極1150發射的電子e-穿過位于陽電極1220中的細孔(沒有顯示)，與所述磷光薄膜1230碰撞，從而使所述熒光物質發出光。所需的圖像就通過所述熒光物質的發光顯示出來了。
在FED中，場致電子發射是通過較低的電壓引起的，所以已經作了通過使所述陰極頂部成尖端形來局部提高電場強度的各種嘗試，并且碳納米管已經逐漸用在這些嘗試中(例如，參見Yahachi Saito，Journal of The Surface ScienceSocietyof Japan，第19卷，第10期，第680-686頁)。例如，已經提出了使用單壁碳納米管的FED，所述單壁碳納米管通過熱CVD(化學氣相沉積)方法作為陰極形成在硅(Si)晶片的尖端。(例如，參照Japan Society of Applied Physicsand Related Societies第49屆擴大會議摘要，29p-k-7)。而且，據報道，通過常規方法形成硅發射器后，形成由用于形成碳納米管的金屬催化劑制成的薄膜，并通過反蝕刻(etch-back)方法除去柵電極上的催化劑，碳納米管通過熱CVD方法僅生長在所述發射器的尖端部分(參見Nikkan Kogyo shimbun，2002年4月11日，“在4V低電壓下來自CNT場發射器的電子發射”)。
在該應用領域中，所述碳納米管并不是單獨使用的，而是使用了包括許多碳納米管的碳納米管結構體。可使用常規半導體技術例如光刻法和CVD(化學氣相沉積)作為制造碳納米管結構體的方法。而且，已經公開了將外部(foreign)材料引入碳納米管的技術(例如，參見Masafumi Ata和其它三人，Japanese Journalof Applied Physics(Jpn.J.Appl.Phys.)，1995年，第34卷，第4207-4212頁和Masafumi Ata和其它兩人，Advanced Materials，(德國)，1995年，第7卷，第286-289頁)。
而且，作為與本發明相關的其它技術，它們是磁性記錄器件和磁性記錄設備。它們的原理是這樣的，即磁性材料被磁化，并且通過矯頑磁性，磁化方向對應于1或0，或者信號的模擬量，所述信號記錄了所述磁性材料磁化時的磁化程度。在這種情況下，平行記錄表面的面內磁化和垂直所述記錄表面的垂直磁化都已實際使用。近年來，需要進一步提高記錄密度，通常，一般是通過降低磁化長度來提高記錄密度，就本發明人所知的最新知識來說，目前并沒有公開將碳納米管應用于所述磁性記錄技術的嘗試。
為了得到使用碳納米管的FED等，必須有這樣一種技術，它能形成由過渡金屬等制成的催化劑精細圖案，從而使碳納米管按精細排列圖案規則排列。但是，通常，光刻法是能在某種程度上達到大規模生產的唯一技術。光刻法是一種適合形成二維結構體的主要技術，所以光刻法并不適合形成三維結構體，例如碳納米管結構體。
而且，為了通過光刻法形成金屬催化劑的精細圖案，目前還沒有方法來降低能量束的波長，在現有技術中，難于再降低所述波長。因此，在由光刻法形成過渡金屬等的圖案的情況下，過渡金屬圖案以及圖案之間的間隔的尺寸是由所述能量束的波長決定的，并且在現有技術中，所述尺寸并不能降低到0.05微米(50納米)或更小，圖案之間的間隔(間距)不能降低到100納米或更小。換句話說，常規技術有不能形成更精細的金屬催化劑等的圖案的問題。
而且，在使用常規碳納米管的陰極中，許多碳納米管緊密分布，所以有各個碳納米管表面上的電場強度明顯下降的問題。因此，為了提高碳納米管表面上的電場強度，必須在陰電極和引出電極或陽電極之間施加高電壓，所以難以降低電壓。
另外，組成所述陰極的許多碳納米管的形狀和生長方向是不均勻的，所以發射電子的數量也是不均勻的，從而會有亮度發生變化的問題。

發明內容
如上述，本發明的第一個目的是提供了一種制造管狀碳分子的方法，它能以更精細的間隔規則排列碳納米管。
本發明的第二個目的是提供以更精細的間隔規則排列的管狀碳分子，它適合用于制造FED、記錄設備等。
本發明的第三個目的是提供制造記錄設備的方法和記錄設備，所述記錄設備能通過使用以更精細間隔規則排列的碳分子來進一步提高記錄密度。
本發明的第四個目的是提供制造場致電子發射的方法和由所述方法得到的場致電子發射器件，所述方法能大規模生產包括陰極的場致電子發射器件，在所述陰極中，碳納米管以更精細的間隔規則排列。
本發明的第五個目的是提供制造顯示單元的方法和由所述方法得到的顯示單元，所述方法能大規模的生產精細間隔的顯示單元，所述顯示單元通過使用包括陰極的場致電子發射器件來清楚的顯示更清晰的圖像，在所述陰極中，碳納米管以更精細的間隔規則排列。
本發明制造管狀碳分子的方法包括催化劑排列步驟，它通過熔化來分布對管狀碳分子具有催化功能的金屬，所述熔化是通過調制熱分布來達到的；以及生長管狀碳分子的生長步驟。
本發明的管狀碳分子是這樣形成的，即通過熔化來排列對管狀碳分子具有催化功能的金屬和通過使用具有催化功能的金屬生長管狀碳分子，所述熔化是通過調制熱分布來達到的。
本發明制造記錄設備的方法包括催化劑排列步驟，它通過熔化來排列對管狀碳分子具有催化功能的金屬，所述熔化是通過調制熱分布來達到的；以及生長管狀碳分子的生長步驟；在預定平面形成所述管狀碳分子的尖端以及將所述尖端形成為開口尖端(open tip)的均化步驟；插入步驟，它從所述開口尖端將所述磁性材料至少插入所述管狀碳分子的一個尖端部分。
本發明制造場致電子發射器件的方法包括催化劑排列步驟，它通過調制熱分布將對管狀碳分子具有催化功能的金屬排列在基材上；通過生長管狀碳分子形成陰極的陰極生長步驟。
本發明的場致電子發射器件包括陰極，所述陰極包括使用對管狀碳分子具有催化功能的金屬來生長的管狀碳分子，所述管狀碳分子通過熔化排列在基材上，所述熔化是通過調制熱分布來達到的。
在本發明制造顯示單元的方法中，所述顯示單元包括場致電子發射器件和基于電子碰撞發光的發光部分，所述電子由所述場致電子發射器件發出，并且形成所述場致電子發射器件的步驟包括催化劑排列步驟，它通過熔化將對管狀碳分子具有催化功能的金屬排列在基材上，所述熔化是通過調制熱分布達到的；通過生長管狀碳分子形成陰極的陰極生長步驟。
本發明的顯示單元包括場致電子發射器件和基于電子碰撞發光的發光部分，所述電子由所述場致電子發光部分發出，所述場致電子發射器件包括陰極，所述陰極包括使用對管狀碳分子具有催化功能的金屬來生長的管狀碳分子，所述管狀碳分子通過熔化排列在基材上，所述熔化是通過調制熱分布來達到的。
在本發明制造管狀碳分子的方法中以及本發明的管狀碳分子中，通過熔化形成由金屬組成的圖案，所述金屬對形成管狀碳分子具有催化功能，所述熔化是通過調制熱分布達到的。之后，通過使用形成的圖案形成管狀碳分子。
在本發明制造記錄設備的方法中，對形成管狀碳分子有催化功能的金屬通過熔化以排列成所需的圖案，所述熔化是通過調制熱分布達到的。之后，通過使用具有催化功能的金屬生長管狀碳分子，并在預定的平面內形成管狀分子的尖端，并將所述尖端形成為開口尖端。然后，將磁性材料由所述開口尖端插入所述管狀碳分子的尖端部分，形成磁性層。
在本發明的記錄設備中，插入各個管狀碳分子的磁性層與在其它相鄰管狀碳分子中的磁性層隔開，所以能在各個管狀碳分子中的磁性層上準確地讀寫信息。
在本發明制造場致電子發射器件的方法中、在本發明場致電子發射器件中、在本發明制造顯示單元的方法中和在本發明的顯示單元中，通過熔化將對管狀碳分子具有催化功能的金屬分布在基材上，所述熔化是通過調制熱分布達到的。之后，生長管狀碳分子來形成陰極。
附圖簡述

圖1是描述本發明第一個實例，即制造碳納米管方法中的熔化步驟的示意圖；圖2是描述圖l所示步驟之后的步驟(沉積步驟)的示意圖；圖3是描述圖2所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖4A和4B是描述本發明第二個實例，即制造碳納米管方法中的高度均化步驟的示意圖；圖5A和5B是描述本發明第四個實例，即制造記錄設備方法中的插入步驟的示意圖。
圖6是圖5A和5B所示記錄設備處于記錄狀態的一個例子的示意圖；
圖7是描述本發明改進方法1，即制造碳納米管方法中的熔化步驟的示意圖；圖8是圖7所示在基材表面上形成熱分布的例子的示意圖；圖9是圖7所示熱分布的另一個例子的平面圖；圖10是描述圖7所示步驟之后的步驟(沉積步驟)的示意圖；圖11是圖10所示基材表面的部分放大平面圖；圖12是描述圖10所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖13是所示基材表面的部分放大平面圖，其中沉積步驟是在形成圖9所示的熱分布之后進行的；圖14是描述本發明改進方法2，即制造碳納米管方法中的沉積步驟的示意圖；圖15是圖14所示沉積區域的一個改進方法的截面圖；圖16是圖14所示沉積區域的另一個改進方法的截面圖；圖17是描述圖14所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖18是描述本發明改進方法3，即制造碳納米管方法中的沉積步驟的示意圖；圖19是圖18所示基材表面的部分放大平面圖；圖20是描述圖18所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖21是描述本發明改進方法4，即制造碳納米管的方法中的凸起(projection)形成步驟的示意圖；圖22A-22C是描述圖21所示步驟之后的步驟(轉印(transferring)步驟)的示意圖；圖23是描述圖22A-22C所示轉印圖案的一個改進方法的截面圖；圖24是描述圖22A-22C所示轉印圖案的另一個改進方法的截面圖；圖25是描述圖22C所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖26是描述本發明的改進方法5，即制造碳納米管的方法中的凸起形成步驟的示意圖；圖27是描述圖26所示步驟之后的步驟(轉印步驟)的示意圖；圖28是描述圖27所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖29是圖28所示碳納米管結構體的顯微照片；圖30是描述圍繞圖29所示白色部分中心的區域的SEM照片；圖31是描述圍繞圖29所示白色部分和黑色部分之間邊界的區域的SEM照片；
圖32A和32B是描述本發明改進方法6，即制造碳納米管方法中的涂層形成步驟的示意圖；圖33A和33B是描述圖32B所示步驟之后的步驟(轉印步驟)的示意圖；圖34是描述圖33B所述步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖35A-35C是描述本發明改進方法7，即制造碳納米管方法中的轉印步驟的示意圖；圖36A-36C是描述本發明改進方法8，即制造碳納米管方法中的催化劑排列步驟的示意圖；圖37是圖36C所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖38是描述本發明改進方法9，即制造碳納米管方法中的凸起形成步驟的示意圖；圖39A和39B是描述圖38所示步驟之后的步驟(平整化步驟)的示意圖；圖40是描述圖39所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖41是描述本發明的改進方法10，即制造碳納米管的方法中的母板(master)的截面圖；圖42A和42B是描述圖41所示步驟之后的步驟(頂表面轉印步驟)的示意圖；圖43是圖42B所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖44是描述本發明改進方法11，即制造碳納米管方法中的控制層形成步驟的示意圖；圖45是描述圖44所示步驟之后的步驟(生長步驟)的示意圖；圖46是描述本發明的第一個實例，即制造場致電子發射器件方法和制造FED方法中的陰極形成步驟的示意圖；圖47是描述圖46所示步驟之后的步驟(分隔槽形成步驟)的示意圖；圖48是描述圖47所示步驟之后的步驟(分隔槽形成步驟)的示意圖；圖49是使用場致電子發射器件的FED的簡要結構的示意圖，所述場致電子發射器件包括圖48所示的陰極；圖50是描述本發明改進方法12，即分隔槽形成步驟的示意圖；圖51是描述本發明改進方法13，即制造場致電子發射器件方法中的分隔槽形成步驟的示意圖；
圖52是描述圖51所示步驟之后的步驟(分隔槽形成步驟)的示意圖；圖53是描述圖52所示步驟之后的步驟(陰極形成步驟)的示意圖；圖54是描述本發明改進方法14，即分隔槽形成步驟的示意圖；圖55是描述本發明改進方法15，即制造場致電子發射器件方法和制造FED方法中的陰極形成步驟的示意圖；圖56是描述圖55所示步驟之后的步驟(分隔槽形成步驟)的示意圖；圖57是描述使用場致電子發射器件的FED的簡要結構的示意圖，所述場致電子發射器件包括圖56所示的陰極；圖58是描述本發明改進方法16，即分隔槽形成步驟的示意圖；圖59A和59B是描述本發明第6個實例，即制造場致電子發射器件方法和形成FED方法中的陰極形成步驟的示意圖；圖60是描述圖59B所示步驟之后的步驟(陰極形成步驟)的示意圖；圖61是描述圖60所示步驟之后的步驟(分隔槽形成步驟)的示意圖；圖62是描述使用場致電子發射器件的FED的簡要結構的示意圖，所述場致電子發射器件包括圖61所述的陰極；圖63A和63B是描述本發明改進方法17，即陰極形成步驟的示意圖；圖64是描述本發明改進方法18，即陰極形成步驟的示意圖；圖65A和65B是描述圖64所示步驟之后的步驟(陰極形成步驟)的示意圖；圖66A和66B是描述本發明改進方法19，即陰極形成步驟的示意圖；圖67A和67B是描述本發明改進方法20，即催化劑排列步驟中的還原/沉積步驟的示意圖；圖68A和68B是描述本發明第7個實例，即在制造場致電子發射器件方法和制造FED方法中的沉積部分和分隔槽形成步驟的示意圖；圖69A-69C是描述了圖68B所述步驟之后的步驟(引出電極形成步驟)的示意圖；圖70是描述圖69C所述步驟之后的步驟(陰極形成步驟)的示意圖；圖71是是描述使用場致電子發射器件的FED的簡要結構的截面圖，所述場致電子發射器件包括圖70所示的陰極；圖72A-72C是描述了本發明改進方法21，即在催化劑排列步驟中的凸起形成步驟、分隔槽形成步驟和控制層形成步驟的示意圖；圖73A-73C是描述圖72C所示步驟之后的步驟(引出電極形成步驟)的示意圖；圖74是描述圖73C所示步驟之后的步驟(陰極形成步驟)的示意圖；圖75是描述常規FED結構的截面圖。
本發明的最佳實施方式本發明的優選實例可通過參照附圖如下詳細描述。
《制造管狀碳分子的方法》〔第一個實例〕首先，參照附圖1-3，下面描述本發明制造管狀碳分子的方法的第一個實例。在本實例的方法中，形成了包括沿一個方向上排列的許多碳納米管的碳納米管結構體，本實例的方法包括“催化劑排列步驟”和使用具有催化功能的金屬生長碳納米管的“生長步驟”，所述催化劑排列步驟包括通過熔化排列對碳納米管具有催化功能的金屬，所述熔化是通過調制熱分布達到的。所得碳納米管結構體可用作例如FED或記錄設備的陰極。
在這種情況下，所述碳納米管包括許多形式，例如許多碳納米管排列成精細圖案的碳納米管結構體、在碳納米管中引入外部材料的碳納米管結構體、或者許多碳納米管排列成精細圖案并且在碳納米管中引入外部材料的碳納米管結構體。在該實例中，將要描述許多碳納米管排列成精細圖案的碳納米管結構體。
而且，在該實例中，所述催化劑排列步驟包括“熔化步驟”和“沉積步驟”，所述熔化步驟是向基材10的表面施加調制熱分布11，以熔化所述基材10的表面，所述沉積步驟是根據熱分布11將第二材料沉積就位，即通過所述基材10表面的散熱沉積成所需圖案。
(熔化步驟)首先，參照圖1如下描述所述熔化步驟。在這種情況下，所述基材10由第一材料制成，并且將作為沉積材料的第二材料加入到所述第一材料中。所述第二材料具有正偏析系數，即通過向所述第一材料加入所述第二材料降低所述第一材料的熔點，以及在加熱熔化后，所述第一材料在冷卻過程中固化的情況下，第二材料保留在熔化區的性質。在該實例中，可使用硅(Si)基材作為由第一材料制成的基材10，作為第二材料，可使用鐵(Fe)作為金屬催化劑。
所述基材10的厚度為例如40納米，它由例如硅制成的支撐體10A支撐。在基材10具有足夠厚度的情況下，所述支撐體10A不是必需的。
作為所述第一材料，可使用任何其它半導體材料(例如鍺(Ge)等)和金屬材料(例如高熔點金屬如鉭(Ta)、鎢(W)或鉑(Pt)或其合金)來代替上述硅。
作為用作形成碳納米管的金屬催化劑的第二材料，可使用釩(V)、錳(Mn)、鉆(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鉭(Ta)、鎢(W)或鉑(Pt)代替上述鐵(Fe)。而且可以使用釔(Y)、镥(Lu)、硼(B)、銅(Cu)、鋰(Li)、硅(Si)、鉻(Cr)、鋅(Zn)、鈀(Pd)、銀(Ag)、釕(Ru)、鈦(Ti)、鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)或鉺(Er)。而且，可同時使用選自上述材料的兩種或多種，或者可使用選自上述材料的兩種或多種的化合物(compound)。而且，可使用金屬酞菁化合物、茂金屬或金屬鹽。可使用氧化物或硅化物。
另外，根據用途，可使用由金屬元素或準金屬元素(例如鋁(Al)、硅(Si)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鎂(Mg)、硼(B)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鈣(Ca)、鑭(La)或鍺(Ge))的氮化物、氧化物、碳化物、氟化物、硫化物、氮氧化物、碳-氮化物或O-C化合物組成的介電材料作為所述第二材料。更具體地說，可使用AlN、Al2O3、Si3N4、SiO2、MgO、Y2O3、MgAl2O4、TiO2、BaTiO3、SrTiO3、Ta2O5、SiC、ZnS、PbS、Ge-N、Ge-N-O、Si-N-O、CaF2、LaF、MgF2、NaF、TiF4等。而且，可使用包括任何這些材料作為主要組分的材料、這些材料的混合物(例如AlN-SiO2)。另外，可使用磁性材料如鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或鎵(Gd)。
所述熱分布11包括高溫區域11H和低溫區域11L，通過利用輻射能量束12來從空間上調整所述基材10的表面溫度，從而周期性地形成所述高溫區域11H和低溫區域11L。所述能量束12是具有單波長且同相的平行光，在本實例中，可使用XeCl準分子激光來得到高輸出。
在本實例中，所述熱分布11是通過衍射光柵13使所述能量束12衍射來施加的。所述衍射光柵13通過使能量束12衍射來從空間上調整能量大小，并且在所述衍射光柵13中，線性槽13A例如可沿一維方向以均勻周期間隔P分布在光學玻璃板上，在該實例中，所述線性平行槽13A例如可沿一維方向以例如1微米的周期間隔P分布在由石英材料制成的板上，所述衍射光柵13沿著所述槽13A分布的一維方向調整所述能量束12的能量大小。此外，所述衍射光柵13并不一定局限于形成凸起和凹入(例如槽)的衍射光柵，例如，可使用這樣的衍射光柵，它具有通過印刷等形成的所述能量束12能穿過的透射部分和所述能量束12不能穿過的非透射部分。
當使用這種衍射光柵13時，可沿著所述槽13A的擴展方向線性地形成高溫區域11H，且所述高溫區域沿著所述槽13A分布的一維方向分布。熱分布11的空間周期T(即高溫區域11H之間的間隔(間距))由衍射光柵13中的周期間隔P和能量束12的波長λ決定。所述波長λ越短，或者所述周期間隔P越短，那么所述熱分布的空間周期T就降低得越多。
設置所述能量束12的能量大小，這樣所述溫度就能達到所述低溫區域11L中的基材表面能熔化的溫度。因此，所述基材10的全部表面就能熔化。此時，當準分子激光用作能量束12時，所述能量大小可由發光脈沖的輻射數量決定。在該實例中，所述能量束12的能量大小例如是350毫焦/厘米2，且輻射脈沖的數量是10。
然后，參照圖2，如下描述沉積步驟。當在熔化步驟中所述基材10的表面熔化后，停止使用能量束12輻射時，所述基材10表面的溫度逐漸下降，這樣所述基材10的表面就能固化。此時，第二材料(Fe)移入所述高溫區域11H，最后，所述第二材料沉積在高溫區域11H的固化部分中。因此，所述第二材料沉積在對應于所述高溫區域11H的位置上，形成基本上為平面形狀的沉積區域14。因此，可得到帶有沉積區域14的圖案的基材15。
在這種情況下，“平面形狀”表示基本上平的，離開所述基材15表面的高度與表面粗糙度一樣小，例如小于1納米。
當所述高溫區域11H沿一維方向對應于所述槽13A線性排列時，所述沉積區域14形成為對應于所述高溫區域11H的沿一維方向排列的線性圖案。所述沉積區域14的寬度(線寬)W(即沉積區域14在熱分布區域11的受調方向上的尺寸)由所述基材10中的第二材料(鐵)的含量決定，所以所述第二材料的含量越高，所述沉積區域14的寬度W越大。原則上，所述沉積區域14的寬度W可以是大于第二材料的原子尺寸的任意值，所以，通過控制所述基材10中的第二材料的含量，所述沉積區域14的寬度W可小于50納米，這對于常規光刻技術來說是不能得到的。
所述沉積區域14的寬度W的具體值是由第二材料以及所述沉積區域14的用途決定的。例如，如下述圖3所示，在許多碳納米管16通過作為催化劑沉積在沉積區域14中的鐵來線性地排列的所述碳納米管結構體17的情況下，所述沉積區域14的寬度W優選在0.4納米-小于50納米的范圍內，因為所述碳納米管的尺寸最小是0.4納米。
所述沉積區域14的寬度W更優選在0.4到30納米的范圍內，因為許多碳納米管16的尺寸范圍為0.4-30納米。
而且，所述沉積區域14的寬度W更優選在0.4-10納米的范圍內。這是因為許多碳納米管沿所述沉積區域14的寬度方向密集形成的可能性減小，所以在碳納米管結構體17用作例如場致電子發射器件(發射器)的情況下，可防止各個碳納米管16表面上的電場強度下降，并可降低電場發射必需施加的電壓。而且，這是因為當所述碳納米管結構體17用作例如記錄設備(存儲器)時，在某些情況下必需沿寬度方向在一個沉積區域14中只形成一個碳納米管16，所以所述碳納米管16的尺寸優選與所述沉積區域14的寬度W匹配。
而且，所述沉積區域14之間的間隔L(即熱分布11的受調方向上的沉積區域14之間的間隔(間距))由所述熱分布11的空間周期T決定，即所述衍射光柵13的周期間隔P和所述能量束12的波長λ。所述波長λ越短，或者所述周期間隔P越小，所述沉積區域14之間的間隔L就會下降得越多，且可以精細間隔L形成所述沉積區域14，這對于常規光刻法來說是不可能得到的。
所述沉積區域14之間的間隔L例如優選是100納米或更小。在常規光刻法中，所述分辨率限制是50納米，因此，由常規光刻法形成的最小圖案包括例如50納米的凸起、50納米的凹入和50納米的凸起，并且所述圖案之間的間隔是所述分辨率限制的2倍，即100納米。此外，所述沉積區域14之間的間隔L更優選是50納米或更小。這是因為常規電子束光刻的分辨率限制是約25納米，所以由常規電子束光刻形成的最小圖案之間的間隔是所述分辨率限制的2倍，即50納米。
這樣完成所述催化劑排列步驟，并在所述基材10上形成包括所述沉積區域14的基材15。
(生長步驟)然后，參照圖3，如下描述生長步驟。碳納米管16通過CVD(化學氣相沉積)方法在所述基材15上生長。作為生長環境，例如可使用甲烷(CH4)作為含碳化合物，它是碳納米管16的材料，沉積在所述沉積區域14上的鐵用作催化劑，所述生長步驟在900℃進行15分鐘。所述碳納米管16僅在所述沉積區域14中生長，因此許多碳納米管16根據所述沉積區域14的圖案線性排列的碳納米管結構體17形成在所述基材15上。所述碳納米管16的直徑由作為碳納米管16的材料的含碳化合物以及生長環境決定。
因此，在該實例中，形成沉積區域14的圖案，并通過熔化進行排列，所述沉積區域14由對形成所述碳納米管16有催化功能的鐵制成，所述熔化是通過調制熱分布達到的，所述碳納米管16通過所述沉積區域14的圖案生長，所以通過控制所述熱分布11可以精細間隔L形成具有精細寬度W的沉積區域14的圖案，所述精細寬度W和精細間隔L是常規光刻法所難以達到的，可在所述基材15上形成碳納米管16對應于所述沉積區域14的圖案規則排列的碳納米管結構體17。
而且，包括沉積區域14的圖案的基材15可通過干法得到，所以，相比使用常規光刻法的工藝，該實例可具有一些優點，如生產更容易，重復性更好，以及成本降低。
此外，在該實例中，將所述熱分布11施加到由包含鐵作為添加劑的硅制成的基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面之后，所述基材10表面上的熱量就散失了，所以鐵可選擇性地沉積在對應于所述熱分區11的位置上，以形成基本上為平面形狀的沉積區域14的圖案。
另外，在該實例中，所述熱分布11是通過使所述能量束12衍射來施加的，所以，當所述衍射光柵13中的周期間隔P降低時，所述熱分布11的空間周期T就容易控制，并且所述沉積區域14之間的間隔L更精細，從而精確的更高。
〔第二個實例〕然后，如下描述本發明的第二個實例。所述實例還包括在根據第一個實例形成所述碳納米管結構體17后的高度均化步驟，并將所述尖端形成為開口尖端(開口末端)，所述高度均化步驟是在預定平面形成所述碳納米管16的尖端。
在該實例中，“高度”表示所述碳納米管16的尖端位置，即基材10的表面和所述碳納米管16的尖端之間的距離。因此，所述碳納米管16的高度可與所述碳納米管16的長度(即在延伸方向上的實際尺寸)不同。
(高度均化步驟)參照圖4A和4B如下描述所述高度均化步驟。首先，如圖4A所示，圍繞所述碳納米管16形成固定層18，以通過所述固定層18固定所述碳納米管16。作為所述固定層18的材料，可使用例如絕緣材料(如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、聚酰亞胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或金屬氧化膜薄膜)或半導體材料如硅或鍺。作為形成固定層18的方法，可使用例如等離子體增強CVD(PECVD)法、PVD(物理氣相沉積)法、SOG(玻璃旋轉(spin on glass))法等。所述固定層18的厚度并沒有具體限制。
接著，如圖4B所示，例如所述碳納米管16與所述固定層18一起通過CMP(化學機械拋光)法進行拋光。因此，所述碳納米管16的尖端排列在相同的平面PL中，所述尖端通過拋光進行開口，形成開口尖端16A。
因此，可得到以所需圖案排列在所述基材15上的碳納米管16，其尖端形成在預定平面PL中，且所述尖端形成為開口尖端16A。所以，所述碳納米管結構體17中的碳納米管16的高度可得到均化。而且，圍繞所述碳納米管16形成所述固定層18，以通過所述固定層18固定所述碳納米管。因此，所述碳納米管16可以更堅韌，所述碳納米管結構體17可更容易處理。
在該實例中，所述碳納米管16的尖端排列在相同的平面PL內。例如，在碳納米管結構體17用作FED的情況下，即使有與所述基材10的表面成一定角度生長的碳納米管16，也能進行所有碳納米管16的電場發射，從而得到均勻的發射特性。而且，當所述碳納米管16的尖端是開口尖端16A時，所述電場發射特性可以更好，從而可在低電壓下進行電場發射。
在該實例中，描述了在如圖4B所示進行拋光時，固定層18用作平面層的情況；但是，沒有拋光的且處于圖4A所述狀態的固定層18可用于例如FED。在這種情況下，所述碳納米管16由固定層18固定，所以所述碳納米管16可以更堅硬，所述碳納米管結構體17可容易地處理。
〔第三個實例〕接著，如下述描述本發明第三個實例的制造碳納米管的方法。在本發明的方法中，所需材料包括在所述第一個實例的生長步驟中的碳納米管16的尖端部分中。所得碳納米管結構體17根據例如所引入的材料可用于許多用途，在該實例中，通過引入磁性材料如鐵，這樣所述碳納米管結構體17就可用作記錄設備。
作為在生長所述碳納米管16時引入所需材料的方法，可使用作為CVD方法之一的VLS(氣相-液相-固相)法。所述VLS法使用了這樣的機理，即分解包含碳的氣體，形成包括碳和具有催化功能的金屬的合金滴，所述碳納米管16沿一個方向生長在所述合金滴上。在所述VLS方法中，當所述碳納米管16生長時，作為催化劑的鐵移到所述碳納米管16的尖端，所以鐵能被引入所述碳納米管16的尖端中。因此，就能得到所述碳納米管結構體17(包括位于其尖端中的鐵的碳納米管16排列成所需圖案)。鐵被引入所述碳納米管16的尖端中的現象見上文所述，Masafumi Ata和其它三人，Japanese Journal of Applied Physics(Jpn.J.Appl.Phys.)，1995年，第34卷，第4207-4212頁)。
在該實例中，鐵例如沉積在所述沉積區域14中，當所述碳納米管16通過使用作為催化劑的鐵生長時，鐵引入所述碳納米管16的尖端中。因此，當沉積在所述沉積區域14中的材料變化時，所需材料可引入所述碳納米管16的尖端中。作為引入所述碳納米管16中的所需材料，可使用任何可用作形成碳納米管的金屬催化劑的材料，所需材料的具體例子與第一個實例中所述第二材料的例子相同。
而且，根據用途不同，可使用第一個實例中所述作為第二材料例子的介電材料作為引入所述碳納米管16中的材料。
因此，在該實例中，當所述碳納米管16生長時，鐵引入碳納米管16的尖端中，所以就能得到所述碳納米管結構體17(在其尖端中引入鐵的碳納米管16排列成所需圖案)。
《制造記錄設備的方法》〔第四個實例〕然后，如下描述本發明第四個實例的制造記錄設備的方法。本實例的方法包括插入步驟，即將磁性材料從所述碳納米管16的開口尖端16A插入所述碳納米管16的尖端部分，所述碳納米管16具有均勻的高度，它得自所述第二個實例。所得碳納米管結構體17可例如用于記錄設備。
(插入步驟)參照圖5A和5B，如下描述所述插入步驟。首先，如圖5A所述，通過例如旋涂法、氣相沉積法或PVD法，由例如磁性材料(如鐵)制成的薄膜19形成在固定層18上，以封閉(block)所述開口尖端16A。同時，所述薄膜19由所述開口尖端16A進入所述碳納米管16。
然后，如圖5B所示，所述薄膜19通過例如CMP法進行拋光，直到露出所述固定層18，從而除去進入所述碳納米管16中的部分之外的薄膜19。因此，由鐵制成的磁性層19A圍繞所述碳納米管16的尖端插入，可得到所述碳納米管16(其中所需材料至少插入其尖端部分中)。
這樣形成本實例的記錄設備20。所述記錄設備20包括在所述基材上排成所需圖案的碳納米管16以及由至少插入所述碳納米管16的尖端部分的磁性材料組成的磁性層19A。所述記錄設備20包括所述碳納米管結構體17，其中所述碳納米管16排成所需精細圖案，由鐵制成的磁性層19A插入各個碳納米管16中，所以磁化的長度就能具有小的尺寸，這是常規光刻法所不能達到的，因此所述記錄密度就非常高。所述插入各個碳納米管16的磁性層19A與其它相鄰碳納米管16中的磁性層19A隔開，所以就能在各個磁性層19A上進行精確地讀和寫信息。
而且，在第二個實例的情況下，所述碳納米管16的尖端形成在預定平面中，所述尖端是開口尖端16A。因此，所述碳納米管結構體17中的碳納米管16的高度可以是均化的。此外，所述固定層圍繞所述碳納米管16形成，以通過所述固定層18固定所述碳納米管16。因此，所述碳納米管16可以更堅硬，而所述記錄設備20可容易處理。
圖6描述了記錄設備20中的記錄狀態的例子。在所述記錄設備20中，如箭頭所示，信號的記錄(寫)和再現(讀)可通過控制所述磁性層19A的磁化方向來進行。當寫和讀信號時，所述信號可例如通過用細卷(fine coil)在預定方向上生成磁通量來寫入，所述信號可通過GMR頭讀出，或者寫和讀信號可通過所謂的磁光系統來完成。
通過例如磁光系統在所述記錄設備20上寫和讀可如下述。在所述記錄設備20上寫是通過下述步驟完成的。將由鐵制成的磁性層19A的溫度提高到Curie溫度，以通過偏磁場將所述磁性層19A的磁化方向排成預定方向(刪除模式)。之后，將所述偏磁場的磁化方向排列成與所述刪除模式相反的方向，通過使用激光束僅提高特定碳納米管16的磁性層19A的溫度，所述激光束的斑直徑通過光學透鏡(沒有顯示)來降低，并停止用激光束輻照，從而將所述磁性層19A的磁化方向改變成與刪除時相反的方向。而且，來自記錄設備20的讀操作是通過例如下述步驟進行的。所述碳納米管16中的磁性層19A用激光束輻照，以監測所述激光束的發射光的Kerr旋轉角，因此就能得到各個磁性層19A的磁化方向作為再現信號。同時，在該實例中，所述磁性層19A由碳納米管16分隔，所以就能保持穩定的預定磁化方向，且不會影響相鄰碳納米管16中的磁性層19A。
因此，在本實例中包括了所述碳納米管結構體17(其中所述碳納米管16排成所需精細圖案)，且由鐵制成的磁性層19A插入各個碳納米管16中，所以能得到具有極高記錄密度的記錄設備20。而且，所述磁性層19A由碳納米管16分隔，所以能長時間的保持穩定的預定磁化方向，且沒有影響相鄰碳納米管16中的磁性層19A。因此，提高了所述記錄設備的可靠性。
《制造管狀碳分子的改進方法》在描述制造場致電子發射器件和制造FED的方法之前，如下描述本發明第一個實例的制造碳納米管的改進方法(1-11)。由這些改進方法制造的碳納米管可用于制造碳納米管16，如第二個實例的圖4A和4B所示，其高度是均化的。而且，通過使用由改進方法制造的碳納米管，可制造如第三個實例所述的所需材料插入其尖端部分的所述碳納米管16，或者制造第四個實例所示的圖5A-6的記錄設備20。此外，由所述改進方法制造的碳納米管可應用到下述場致電子發射器件和FED。
〔改進方法1〕首先，參照圖7-13如下描述改進方法1。在所述改進方法中，熔化步驟中的能量束的能量大小沿二維方向調制，即X方向和Y方向，以將X方向熱分布31X和Y方向熱分布31Y施加到所述基材10的表面上。
(熔化步驟)首先，參照圖7如下描述熔化步驟。所述X方向31X包括X方向高溫區域31HX和X方向低溫區域31XL，它們是通過調整X方向上的基材10的表面溫度來周期性地形成的。所述Y方向熱分布31Y包括Y方向高溫區域31HY和Y方向低溫區域31YL，它們是通過調整Y方向上的基材10的表面溫度來周期性地形成的。
例如通過衍射光柵32使所述能量束12發生衍射來施加所述X方向熱分布31X和Y方向熱分布31Y，在所述衍射光柵32中，沿二維方向排列非透射部分32A和透射部分32B。作為所述衍射光柵32，可使用將例如能量束12不能穿過的掩模印刷在所述非透射部分32A上的衍射光柵等。
圖8描述了這樣的狀態，即通過在所述基材10的表面上堆疊X方向溫度分布31X和Y方向溫度分布31Y形成熱分布33。如圖8所示，包括高溫區域33H和低溫區域33L的熱分布33形成在所述基材10的表面上，所述高溫區域33H的位置是所述X方向高溫區域31XH和Y方向高溫區域31YH相互層疊的位置，所述低溫區域33L的位置是X方向低溫區域31XL和Y方向低溫區域31YL相互層疊的位置。因此，所述高溫區域33H在二維方向上，沿著非透射部分32A和透射部分32B排列的方向排列。
熱分布33中X方向上的空間周期TX(即X方向上高溫區域33H之間的間隔(間距))由光柵32中X方向上的周期間隔PX和能量束12的波長λ決定。而且，熱分布33中Y方向上的空間周期TY(即Y方向上高溫區域33H之間的間隔(間距))由衍射光柵32中Y方向上的空間間隔PY和所述能量束12的波長λ決定。所述波長λ越小，或者所述周期間隔PX和PY越小，熱分布33中空間間隔TX和TY就減少得越多。在該實例中，所述衍射光柵32中X方向上的周期間隔PX表示X方向上一個非透射部分32A的尺寸和X方向上一個透射部分32B的尺寸之和，所述衍射光柵32中Y方向上的周期間隔PY表示Y方向上一個非透射部分32A的尺寸和Y方向上一個透射部分32B的尺寸之和。
在衍射光柵32中，X方向上的周期間隔PX和Y方向上的周期間隔PY可分別設置。因此，如圖9所示，所述熱分布33中X方向上的空間間隔TX和Y方向上的空間間隔TY可分別設置。
作為衍射光柵32，可使用形成凹入部分或凸起部分的衍射光柵代替通過掩模印刷形成非透射部分32A和透射部分32B的衍射光柵。在使用形成凸起和凹入部分的衍射光柵32的情況下，衍射光柵32中X方向上的周期間隔表示X方向上所述凹入部分(或凸起部分)之間的間隔(間距)，衍射光柵31中Y方向上的周期間隔PY表示Y方向上凹入部分(或凸起部分)之間的間隔(間距)。
設置所述能量束12的能量大小，這樣所述溫度就能達到低溫區域33L中基材10的表面能熔化的溫度。因此，所述基材10的整個表面都能熔化。此時，當準分子激光用作能量束12時，所述能量大小可通過發光脈沖輻照的數量來控制。
(沉積步驟)然后，參照圖10和11如下描述沉積步驟。在熔化步驟中，當在所述基材10的表面全部熔化后，停止用所述能量束輻照時，所述基材10表面的熱量就散失，這樣所述第二材料就沉積在對應于所述熱分布33的位置中，即對應于高溫區域33H的區域，因此，形成了基本上為平面形狀的沉積區域34。所以，得到帶有沉積區域34的圖案的基材35。
當所述高溫區域33H沿二維方向排列在所述基材10的表面上時，形成了點狀圖案的沉積區域34，所述點狀圖案對應于所述高溫區域33H沿二維方向排列在所述基材10的表面上。在所述沉積區域34中，X方向上的尺寸(直徑)DX和Y方向上的尺寸(直徑)DY由所述基材10中的第二材料的含量決定。所述第二材料的含量越大，所述沉積區域34的尺寸DX和DY提高越大。所述沉積區域34的尺寸DX和DY可以是大于所述第二材料的原子尺寸的任意值，所以，通過控制所述基材10中的第二材料的含量，所述沉積區域34的DX和DY尺寸可小于50納米，這是通過常規光刻技術所不可能達到的。
所述沉積區域的尺寸DX和DY的具體值是由第二材料和所述沉積區域34的用途決定的；但是，例如如圖12所示，當通過使用沉積在所述沉積區域34上作為催化劑的鐵形成碳納米管結構體37(其中許多碳納米管36是二維排列的)時，所述沉積區域37的尺寸DX和DY優選在0.4納米到小于50納米的范圍內。這是因為所述碳納米管36的直徑最小是0.4納米。
所述沉積區域34的尺寸DX和DY更優選為0.4-30納米。這是因為許多碳納米管36的直徑為0.4-30納米。
而且，所述沉積區域34的尺寸DX和DY更優選在0.4-10納米的范圍內。這是因為許多碳納米管16在所述沉積區域34沿X方向或Y方向密集形成的可能性下降了，所以當所述碳納米管結構體37用作例如場致電子器件時，可防止各個碳納米管36的表面上的電場強度下降，且降低了所述電場發射必須施加的電壓。而且，這是因為當所述碳納米管結構體37用作例如記錄設備(存儲器)時，在有些情況下必須在X方向和Y方向上的一個沉積區域34中只形成一個碳納米管36，所以所述碳納米管36的直徑優選玉所述沉積區域34的尺寸DX和DY匹配。
而且，在所述沉積區域34中，X方向上的間隔LX和Y方向上的間隔LY由所述熱分布33中的空間周期TX和TY決定，即所述衍射光柵32中的空間間隔PX和PY以及所述能量束的波長λ。所述波長λ越短，或者所述衍射光柵32中的空間間隔PX和PY越小，所述沉積區域34之間的間隔LX和LY就降低得越多，并且所述沉積區域34就能形成精細的間隔LX和LY，這是常規光刻法所不能得到的。
所述沉積區域34之間的間隔LX和LY例如優選是100納米或更小。如上述，在常規光刻法中，所述分辨率限制是50納米，因此，由常規光刻法形成的最小圖案包括例如50納米的凸起、50納米的凹入和50納米的凸起，所述圖案之間的間隔是所述分辨率限制的2倍，即100納米。而且，所述沉積區域34之間的間隔LX和LY更優選為50納米或更小。這是因為常規電子束光刻法中的分辨率限制是約25納米，所以由常規電子束光刻法形成的最小圖案之間的間隔是所述分辨率限制的2倍，即50納米。
這樣完成了所述催化劑排列步驟，并在所述基材10上形成了包括所述沉積區域34的基材35。
如圖9所示，當所述熱分布33中X方向上的空間周期TX和Y方向上的空間周期TY單獨設置時，如圖13所示所述沉積區域34可根據所述空間周期TX和TY形成為橢圓形。
(生長步驟)然后，參照圖12，如下描述所述生長步驟。許多碳納米管36通過CVD法生長在所述基材35上。生長條件可例如與所述第一個實例相同。所述碳納米管36只在所述沉積區域34中生長，所以在所述基材35上形成所述碳納米管結構體17(其中所述碳納米管36根據所述沉積區域34的圖案二維排列)。
因此，在改進方法中，沿二維方向調整所述能量束12的能量大小，以形成熱分布33，所以沿二維方向排列的所述沉積區域34的圖案形成在所述基材10的表面上。
而且，所述能量束12由所述衍射光柵32衍射，形成熱分布33，所以，當所述衍射光柵32中的周期空間PX和PY減小時，所述熱分布33中的空間周期TX和TY可容易控制，所述沉積區域34之間的間隔LX和LY就能降低。
〔改進方法2〕然后，參照圖14-17，如下描述改進方法2。在所述改進方法中，所述基材10的表面散熱，以在所述基材10的表面上形成凸起，并且所述第二材料沉積在所述凸起的尖端部分。
(熔化步驟)首先，例如如第一個實例中的圖1所示進行熔化步驟。此時，控制所述能量束12的能量大小，以使之超出一定的值。例如，當如第一個實例所示使用準分子激光作為能量束時，可通過控制發光脈沖輻照的數量來控制所述能量大小，在該改進方法中，所述脈沖輻照的數量是100。
(沉積步驟)當所述基材10的表面在所述熔化步驟中熔化后，停止用所述能量束12輻照時，如圖14所示如果所述熔化步驟中施加的能量束12的能量大小超出一定數量，如圖14所示對應于高溫區域11H的基材10的表面凸出，形成凸起41。
當所述高溫區域11H對應于所述槽13A沿一維方向線性排列時，所述凸起41形成為這樣的線性肋(rib)(凸出的邊)的圖案，所述線性肋對應于所述高溫區域11H沿一維方向排列。所述基材10表面附近部分的凸起41固化，所以所述第二材料(鐵)圍繞所述尖端沉積，所述尖端的部分固化形成所述沉積區域42。因此，所述沉積區域42形成在所述凸起41的尖端部分。在這里，所述尖端部分是包括所述凸起的尖端的部分，其中所述凸起41沿著平行于所述基材10表面的水平面H(參照圖15和16)切削。例如，如圖14所示所述沉積區域42可僅形成在所述凸起41的尖端中，或者整個凸起41可以是圖15所示的沉積區域42。或者，如圖16所示，所述沉積區域42可形成在所述凸起41從尖端到中間點之間的部分中。
這樣得到了包括凸起41的圖案的基材43，其中由鐵制成的沉積區域42至少形成在所述凸起41的尖端部分。
在這里，“凸起”表示來自所述基材43表面的凸起，其高度為1納米或更大，它高于第一個實例中平面形狀沉積區域14的情況。
如第一個實例所述，所述沉積區域42的寬度(線寬)W(即沿所述熱分布11的調制方向的沉積區域42的尺寸)由所述基材10中第二材料(鐵)的含量決定，所述第二材料(鐵)的含量越大，所述沉積區域42的寬度W就增加越多。原則上，所述沉積區域42的寬度可以是大于所述第二材料的原子尺寸的任意值，所以，通過控制所述基材10中的第二材料含量，所述沉積區域42的寬度W可小于50納米，這是常規光刻技術所不能達到的。
在所述改進方法中，與所述第一個實例不同，所述沉積區域42是凸起41，所述沉積區域42的截面積向著其尖端下降，所以所述沉積區域42的寬度可容易降低。
與第一個實例中所述的沉積區域14的寬度W一樣，所述沉積區域42的寬度W的具體值由所述第二材料和沉積區域42的用途決定。例如，如圖17所示，當通過使用沉積在所述沉積區域42中作為催化劑的鐵形成許多碳納米管44線性排列的碳納米管結構體45時，所述沉積區域42的寬度W優選在0.4納米到小于50納米的范圍內，更優選為0.4-30納米，還要更優選為0.4-10納米，其原因與第一個實例中所述的原因相同。
而且，所述凸起41之間的間隔L(即所述熱分布11的調制方向上的沉積區域42之間的間隔(間距))由所述熱分布11的周期間隔T(即所述衍射光柵13中的間隔P和所述能量束12的波長λ)決定。所述波長λ越短，或者所述周期間隔P越小，所述凸起41之間的間隔L就降低得越多，且所述凸起41和沉積區域42就能形成精細間隔，這是常規光刻法所不能達到的。例如，所述凸起41之間的間隔L優選是100納米或更小，更優選為50納米或更小，其原因與第一個實例所述的原因相同。
這樣完成所述催化劑排列步驟，形成包括所述沉積區域42的基材，所述沉積區域42位于形成在所述基材10上的凸起41的尖端部分上。
(生長步驟)參照圖17，許多碳納米管44通過CVD法在所述基材43上生長。生長環境與所述第一個實例相同。所述碳納米管44僅在所述沉積區域42中生長，所以形成所述碳納米管結構體45，其中許多碳納米管44線性排列在所述基材43的凸起41的最尖端部分(extreme tip portion)上。
因此，在所述改進方法中，所述凸起41(其中至少其尖端部分是由第二材料(鐵)制成的)形成在所述基材10的預定位置中，所以，與所述圖案形成為平面形狀的情況相比，所述沉積區域42的寬度更精細，并且相比第一個實例和改進方法1，可形成更精細的圖案。
〔改進方法3〕接著，參照圖18-20，如下描述改進方法3。在所述改進方法中，在所述基材10的表面上形成以二維方向排列的凸起，且所述第二材料沉積在所述凸起的尖端部分。
(熔化步驟)首先，例如，如圖7和8所示改進方法1那樣進行熔化步驟。此時，如改進方法2那樣控制能量束12和能量大小，使之超過一定數量。
(沉積步驟)在熔化步驟中，當所述基材10的表面熔化后，停止用能量束12輻照時，如果在所述熔化步驟中施加的能量束12的能量大小超過特定數量，如圖18和19所示，所述基材10的表對置應于所述高溫區域33H凸出，形成凸起51。
當所述高溫區域33H沿二維方向排列在所述基材10的表面上時，所述凸起51形成為圓錐圖案，沿二維方向對應于高溫區域11H排列在所述基材10的表面上。所述基材10的表面附近的部分的凸起51固化，所以第二材料圍繞所述尖端沉積，所述尖端的末端固化，形成沉積區域52。因此，所述沉積區域52形成在所述凸起51的尖端部分中。所述尖端部分的重要和具體例子與改進方法2中參照圖15和16所述的例子相同。
這樣得到了包括凸起51的圖案的基材53，其中由鐵制成的沉積區域52至少形成在所述尖端部分中。
在所述沉積區域52中，X方向上的尺寸(直徑)DX和Y方向上的尺寸(直徑)DY由所述基材10中的第二材料(鐵)的含量決定，所述第二材料(鐵)的含量越大，所述沉積區域52的尺寸DX和DY就提高越多。原則上，所述沉積區域52的尺寸DX和DY可以是大于所述第二材料的原子尺寸的任意值，所以通過控制所述基材10中第二材料的含量，所述沉積區域52的尺寸DX和DY可小于50納米，這是常規光刻技術所不能達到的。
與改進方法2中所述的沉積區域34的尺寸DX和DY一樣，所述沉積區域52的尺寸DX和DY的具體值由所述第二材料和所述沉積區域52的用途決定。例如，如圖20所示，當通過使用沉積在所述沉積區域52中作為催化劑的鐵形成所述碳納米管結構體55(其中許多碳納米管54沿二維方向排列)時，所述沉積區域52的尺寸DX和DY優選在0.4納米到小于50納米的范圍內，更優選為0.4-30納米，還要更優選為0.4-10納米，其原因與改進方法2中所述的原因相同。
而且，所述凸起51(即所述沉積區域52)之間的X方向上的間隔LX和Y方向上的間隔LY由所述熱分布33的空間周期TX和TY決定，即所述衍射光柵32中的周期間隔PX和PY以及所述能量束12的波長λ。所述波長λ越短，或者所述衍射光柵32中的周期間隔PX和PY越小，所述凸起51(即沉積區域52)之間的間隔LX和LY降低得越多，所述凸起51和沉積區域52就可形成精細間隔LX和LY，這是常規光刻法所不能得到的。所述凸起51(即沉積區域52)之間的間隔LX和LY優選是100納米或更小，更優選50納米或更小，其原因于改進方法2所述的方法相同。
這樣完成所述催化劑排列步驟，形成了包括沉積區域52的基材53，所述沉積區域52位于所述凸起5的尖端部分。
(生長步驟)接著，參照圖20，許多碳納米管54通過CVD法生長在所述基材53上。生長環境與第一個實例所述的環境相同。所述碳納米管54僅生長在所述沉積區域53中，這樣形成了所述碳納米管結構體55，其中所述碳納米管54沿二維方向排列在所述基材53的凸起51的最尖端部分。
因此，在所述改進方法中，所述凸起51的圖案(其中至少其尖端部分由所述第二材料制成)沿二維方向排列在所述基材10的預定位置中，所以，相比所述第一實例和改進方法1中的平面形狀沉積區域，形成了具有更精細尺寸的沉積區域52。
〔改進方法4〕然后，參照附圖21-25，如下描述改進方法4。在該改進方法中，由轉印材料制成的凸起圖案形成在由轉印材料(在此情況下，即催化劑)制成的基材10的表面上，凸起的圖案用作轉印用的母板，以將轉印用的母板圖案轉印到待轉印的基材上，從而得到基材，并在所述基材上生長碳納米管。
更具體地說，在本實例中，催化劑排列步驟包括“熔化步驟”、“凸起形成步驟”和“轉印步驟”，所述“熔化步驟”包括將根據所需圖案調制的所述熱分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述“凸起形成步驟”包括在對應于所述熱分布11的位置形成凸起，所述“轉印步驟”包括將轉印用的母板圖案轉印到待轉印的基材上，形成基材。
(熔化步驟)首先，如改進方法2所述進行熔化步驟。此時，基材10由在該實例中用作催化劑的鐵制成。
所述基材10的材料可以是例如任何具有以下功能的材料，所述功能包括用作形成碳納米管的金屬催化劑，所述材料的具體例子與第一個實例中所述作為第二材料的例子相同。
(凸起形成步驟，母板形成步驟)然后，參照圖21，如下描述凸起形成步驟。在所述熔化步驟中，當所述基材10的表面熔化后，停止用所述能量束12輻照時，所述基材10的表面溫度逐漸下降，這樣所述基材10的表面就固化，此時，當在熔化步驟中施加的能量束12的能量大小超過一定值時，從所述基材10的表面凸出的凸起64就形成在對應于所述高溫區域11H的位置中，具有凸起64的轉印用的母板65形成在所述基材10的表面上。
當所述凸起64沿一維方向對應于槽13A線性排列時，所述凸起64形成為沿一維方向排列的線性肋(凸起邊)圖案。所述凸起64的寬度(線寬)W(即所述熱分布11的調制方向上的凸起的底端部分尺寸)由熔化溫度和冷卻速率決定。所述熔化溫度可由所述能量束12的能量大小(即在使用準分子激光器的情況下，脈沖輻照的數量)控制，所述熔化溫度越高，所述凸起64的寬度W提高越多。所述冷卻速率由下述方法控制，即將所述基材10或裝有該基材10的固定設備置于真空的方法，氣體流動(gas flow)的方法，在水中或液氮中冷卻的方法、加熱同時緩慢冷卻的方法，所述冷卻速率越快，所述凸起64的寬度W提高越多。原則上，所述凸起64的寬度W可以是大于所述基材10的材料的原子尺寸的任意值，所以，通過控制所述熔化溫度和冷卻速率，所述凸起64的寬度W可小于50納米，這是常規光刻法所不能達到的。
所述凸起64的寬度W的具體值由下述基材的用途決定。例如，當形成碳納米管結構體時，所述凸起64的寬度W優選在0.4納米到小于50納米的范圍內，更優選為0.4-30納米，還要更優選0.4-10納米，其原因與所述第一個實例中所述的原因相同。
而且，所述凸起64之間的間隔L(即所述熱分布11的調制方向上的凸起64之間的間隔(間距))由所述熱分布11的空間周期T(即所述衍射光柵13的周期間隔P和所述能量束12的波長λ)決定。所述波長λ越短，或者所述周期間隔P越短，所述凸起64之間的間隔L就降低得越多，所以所述凸起64可形成精細間隔L，這是常規光刻法所不能達到的。例如，所述凸起64之間的間隔L優選是100納米或更小，更優選50納米或更小，其原因與所述第一個實例中的原因相同。
(轉印步驟)然后，參照圖22A-22C，如下描述所述轉印步驟。首先，例如如圖22A所示，制備待轉印的基材71，在所述基材71上預先形成導電膜72的布線圖案。
然后，如圖22B所示，所述母板65的凸起64和待轉印的基材71的導電膜72相互緊密對置。此時，為了改善轉印性質，如果需要的話，優選在箭頭A的方向上施加力。而且，優選進行加熱處理，這是因為所述轉印性質可進一步提高。
之后，當所述母板65從待轉印的基材71上拉走時，如圖22C所示，所述凸起64的尖端部分轉印到待轉印的基材71上。因此，形成了基材74，其中所述由催化劑金屬(鐵)制成的轉印圖案73形成在待轉印的基材71上。因此，許多基材74可如下制造，即通過一個母板65將所述凸起64的圖案轉印到許多待轉印基材71上。當所述凸起64通過重復轉印而用壞時，再次重復所述熔化步驟和凸起形成步驟恢復所述凸起64的尖銳部分(shape)。
在本文中，“所述凸起64的尖端部分”表示包括所述凸起64的尖端的那部分，其中所述凸起64沿著平行于所述基材10表面的水平面H切削(參照圖23和24)。因此，例如如圖22C所示，只有所述凸起的尖端可轉印到所述待轉印的基材71上，或者如圖23所示，整個凸起64可轉印到所述待轉印的基材71上。或者，如圖24所示，從所述凸起64的尖端到中間點的部分可轉印到待轉印的基材71上。
這樣完成了所述催化劑排列步驟。
(生長步驟)所述轉印圖案73形成在所述待轉印的基材71上，形成所述基材74后，例如如圖25所示，碳納米管75可通過使用轉印圖案75作為催化劑生長在所述基材74上，從而形成碳納米管結構體76，其中許多碳納米管75是線性排列的。因此，形成在所述導電膜72上的碳納米管結構體76可用作場致電子發射器件。
因此，在該改進方法中，所述熱分布11施加在由催化劑金屬制成的基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面后，所述基材10表面上的熱量散失，所以形成了具有凸起64的精細圖案的母板65，所述凸起64由所述催化劑金屬制成。通過控制所述熔化溫度和冷卻速率，所述凸起64的寬度W可小于50納米，這是常規光刻法所不能達到的。而且，通過控制所述熱分布11的空間周期T，所述凸起64可形成精細間隔L，這是常規光刻法所不能達到的。
而且，具有凸起64的圖案的母板65可通過干法形成，所以，相比使用常規光刻法的方法，所述改進方法可得到以下優點，即生長更容易，重復性較好，且成本較低。
此外，所述熱分布11通過使所述能量束12衍射來施加，所以，通過降低衍射光柵13中的周期間隔P可容易控制所述熱分布11的空間周期T，從而降低所述凸起64之間的間隔L。
而且，在所述改進方法中，至少所述凸起64的尖端部分轉印到所述待轉印的基材71上，所以，使用一個母板65將所述凸起64轉印到許多待轉印的基材71上，從而制造許多基材74。
〔改進方法5〕然后，參照圖26-31，如下描述改進方法5。所述改進方法與改進方法4相同，不同的是在熔化步驟中，所述能量束12的能量大小沿二維方向(即X方向和Y方向)調整，以將X方向熱分布31X和Y方向熱分布31Y施加到所述基材10的表面上。因此，簡化了有關改進方法5的下述描述。
(熔化步驟)首先，如改進方法3所述進行熔化步驟。在這里，所述基材10由作為催化劑的鐵(Fe)制成。
所述基材10的材料可以是任何能用作形成碳納米管用的金屬催化劑的材料，所述基材10的材料的具體例子與在第一個實例中所述作為第二材料的例子相同。
(凸起形成步驟，母板形成步驟)然后，與改進方法4相同，進行凸起形成步驟和母板形成步驟。如圖26所示，由此可形成具有凸起81的圖案的母板82，所述凸起81沿二維方向排列在所述基材10的表面上。
(轉印步驟)接著，如改進方法4所述進行轉印步驟，如圖27所示，形成基材84，其中由催化劑金屬(鐵)制成的轉印圖案83沿二維方向排列在所述待轉印的基材71的表面上。這樣完成所述催化劑排列步驟。
(生長步驟)然后，如改進方法4所述進行生長步驟，如圖28所示，碳納米管85通過使用轉印圖案83作為催化劑生長在所述基材84上，形成碳納米管結構體86，其中許多碳納米管85沿二維方向排列。
圖29是通過上述步驟形成在所述基材84上的碳納米管結構體86的顯微照片(放大37.5倍)。二維分布的點狀白色部分對應于通過使用轉印圖案作為催化劑生長所述基材84上的碳納米管85，所述轉印圖案來自母板82的凸起81。
圖30是描述圍繞圖29所示白色部分中心的區域的SEM(掃描電子顯微鏡)照片(放大50000倍)。如圖30所示，可以確認所述碳納米管生長在白色部分中。而且，圖31是描述圍繞圖29所示白色部分的白色部分和黑色部分之間的區域的SEM照片(放大50000倍)。如圖31所示，可以確認所述碳納米管生長在所述白色部分；但是，在所述黑色部分沒有觀察到所述碳納米管。
因此，在該改進方法中，通過調整二維方向上能量束12的能量大小形成所述熱分布33，由此可形成具有所述凸起81的圖案的母板82，所述凸起81排列在二維方向上。
而且，在所述改進方法中，當所述凸起81的尖端部分轉印到所述待轉印的基材71上時，通過使用一個母板82將所述凸起81轉印到許多待轉印的基材71上，從而制造許多基材84。
〔改進方法6〕接著，參照圖32A-34，如下描述改進方法6。所述改進方法還包括涂層形成步驟，其中由轉印材料(例如催化劑金屬)制成的涂層形成在所述凸起的表面上，所述凸起是通過改進方法4所述的相同方法形成在由任意材料制成的基材上。
(熔化步驟和凸起形成步驟)首先，制備由例如硅制成的基材90，如改進方法4進行熔化步驟和凸起形成步驟，以形成具有凸起91的圖案的母板92，所述凸起91位于所述基材90的表面上。
(涂層形成步驟)接著，如圖32B所示，涂層93形成在凸起91的表面上。在所述改進方法中，所述涂層93由作為催化劑的鐵(Fe)形成，厚度基本上均勻的涂層93形成在包括所述凸起91的基材90的整個表面上；但是，所述涂層93的厚度并不一定要均勻的。所述涂層93的厚度由所述凸起91的高度和尺寸決定，在所述改進方法中，所述涂層93的厚度例如是5納米。所述涂層93可由例如真空沉積形成。
作為涂層93的材料的轉印材料可以是任何可用作形成碳納米管用的金屬催化劑的材料，所述轉印材料的具體例子與第一個實例中作為第二材料的例子相同。
(轉印步驟)接著，如圖33A所示，所述母板92的凸起91和待轉印基材71的導電膜72相互緊密對置。此時，為了提高轉印特性，與改進方法4相同，優選沿著箭頭A的方向施加壓力或進行熱處理。
之后，當從待處理的基材71上拉走所述母板92時，例如如圖33B所示，作為組成所述涂層93(它覆蓋所述凸起91的尖端部分)的金屬催化劑鐵(Fe)轉印到待轉印的基材71上。因此，形成具有轉印圖案94的基材95，所述轉印圖案94由與涂層93相同的材料制成。因此，通過使用一個母板92將所述涂層93轉印到許多待轉印的基材71上，從而制造許多基材95。當所述涂層93由于重復轉印而用壞時，所述涂層形成步驟可再次重復，在所述凸起91的表面上形成另一層涂層。此時，另一層涂層可在除去剩余涂層93之后形成，或者另一層涂層可形成在所述剩余涂層93上。
在這里，“尖端部分”的含義和具體例子與參照圖23和24的改進方法4中所述的相同。
這樣完成催化劑排列步驟。
(生長步驟)所述轉印涂層94形成在待轉印的基材71上后，例如如圖34所示，碳納米管96通過使用轉印圖案94作為催化劑生長在所述基材95上，從而形成碳納米管結構體97，其中許多碳納米管96線性排列。
因此，在所述改進方法中，所述涂層93形成在所述凸起91的表面上，所以僅有所述涂層93由所述轉印材料例如金屬催化劑制成。因此，所述基材90可由任意材料制成，該選擇的范圍根據用途而擴展。
而且，在所述改進方法中，當涂有涂層93的凸起91的尖端部分轉印到待轉印的基材71上時，通過使用一個母板92將所述涂層93轉印到許多待轉印的基材71上，從而制造許多基材95。
〔改進方法7〕接著，參照圖35A-35C，如下描述改進方法7。在所述改進方法中，改變改進方法4的“轉印步驟”中所述母板65和待轉印的基材71之間的相對位置，將所述母板65的圖案多次轉印到待轉印的基材71上。
首先，如圖35A所示，如改進方法4所示，參照圖22A-22C進行第一次轉印，在所述待轉印的基材71上形成第一次轉印圖案101A。
然后，如圖35B所示，改變所述母板65和待轉印的基材71之間的相對位置，例如所述凸起64之間的間隔L的一半，以進行第二次轉印。之后，當所述母板從所述待轉印的基材71上拉走時，如圖35C所示，在所述第一次轉印圖案101A之間的中間位置形成了第二次轉印圖案101B。因此，得到了具有轉印圖案101的基材102，所述轉印圖案101包括第一次轉印圖案101A和第二次轉印圖案101B。
在所述改進方法中，改變所述母板65和待轉印的基材71之間的相對位置，以將所述母板65的圖案多次轉印到待轉印的基材71上，所以可制造具有比第一個實例更精細圖案的許多基材102。
在所述改進方法中，所述轉印進行兩次；但是所述轉印的次數可進一步提高。在這種情況下，所述母板65和待轉印的基材71之間的相對位置可優選根據所述轉印次數進行調節。
而且，在所述改進方法中，改變所述母板65和待轉印的基材71之間的相對位置，例如所述凸起64之間的間隔L的一半，以進行第二次轉印，從而形成具有均勻間隔的第一次轉印圖案101A和第二次轉印圖案101B；但是，所述第一次轉印圖案101A和第二次轉印圖案101B之間的間隔不必是均勻的。
〔改進方法8〕接著，參照圖36A一37，如下描述改進方法8。在所述改進方法中，將由催化劑金屬等制成的金屬基材壓在形成在基材上的凸起上，以將所述催化劑金屬附著在所述凸起的尖端上，所述基材是通過改進方法4所述的相同方法由任意材料制成的。
(熔化步驟和凸起形成步驟)首先，制備由例如硅制成的基材110，如改進方法4所述進行熔化步驟和凸起形成步驟，形成凸起111的圖案，所述凸起111如圖36A所示位于基材110的表面上。
(附著步驟)接著，如圖36B所示，所述基材110的凸起111和由作為金屬催化劑的鐵制成的金屬基材120相互緊密對置。因此，如圖36C所示，將組成所述金屬基材120的鐵附著到所述凸起111的尖端部分，形成具有粘附圖案112的基材113，所述圖案112由與金屬基材120相同的材料制成。此時，為了提高附著性，如改進方法4所示，優選施加壓力，或進行熱處理。
所述金屬基材120的材料可以是任何能用作形成碳納米管用的金屬催化劑的材料，所述金屬基材120的材料的具體例子與第一個實例所述作為第二材料的例子相同。
這樣完成所述催化劑排列步驟。
(生長步驟)形成所述具有附著圖案112的基材113后，例如如圖37所示，碳納米管114通過使用作為催化劑的附著圖案112生長在所述基材113上，從而形成碳納米管結構體116，其中許多碳納米管114線性排列。
因此，在所述改進方法中，所述凸起111和金屬基材120相互緊密對置，以形成由與金屬基材120相同的材料制成的附著圖案112，所述金屬基材120位于所述凸起111的尖端部分上，所以容易形成由所述金屬催化劑制成的附著圖案112。而且，可任意選擇所述基材110的材料，所以選擇的范圍可根據用途擴展。
而且，在所述改進方法中，當形成附著圖案112的基材113用作母板，以將所述附著在所述凸起111的尖端部分上的附著圖案112轉印到待轉印的基材71上時，通過使用一個母板將所述附著圖案112轉印的許多待轉印的基材71上，形成許多基材。
〔改進方法9〕接著，參照圖38-40，如下描述改進方法9。所述改進方法中的催化劑排列步驟包括“熔化步驟”、“凸起形成步驟”和使所述凸起表面平整化的“平整化步驟”，所述熔化步驟包括將根據所需圖案調制的所述熱分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述“凸起形成步驟”包括通過散失基材10表面上的熱量，在對應于所述熱分布11的位置上(即以所需圖案)形成凸起。之后，進行“生長步驟”，在所述平整化凸起的頂表面上生長碳納米管。
(熔化步驟)首先，如改進方法2所示，進行熔化步驟。在所述改進方法中，所述基材10由作為金屬催化劑的鐵(Fe)制成。
所述基材10的材料可以是任何能用作形成碳納米管用的金屬催化劑的材料，所述基材10的材料的具體例子與第一個實例中作為第二材料的例子相同。
(凸起形成步驟)在熔化步驟中，當所述基材10的表面熔化后停止用能量束12輻照時，所述基材10的表面溫度逐漸下降，以固化所述基材10的表面。此時，當所述熔化步驟中施加的能量束12的能量大小超過特定值時，如圖38所示，由所述基材10的表面上凸出的凸起134形成在對應于所述高溫區域11H的位置中。
當所述高溫區域11H對應于所述槽13A沿一維方向線性排列時，所述凸起134形成為沿一維方向排列的線性肋(凸起邊)的圖案。所述凸起134的寬度(線寬)W(即所述熱分布11的調制方向中的凸起134的底端部分的尺寸)由熔化溫度和冷卻速率決定。所述熔化溫度可由所述能量束12的能量大小(即在使用準分子激光器的情況下為脈沖輻照的數量)控制，所述熔化溫度越高，所述凸起134的寬度W增加越多。所述冷卻速率可由以下方法控制，即將所述基材10或裝有所述基材10的固定設備置于真空中的方法，氣體流動(gas flow)的方法，在水中或液氮中冷卻的方法、加熱同時緩慢冷卻的方法，所述冷卻速率越快，所述凸起64的寬度W提高越多。原則上，所述凸起134的寬度W可以是大于所述基材10的材料原子尺寸的任意值，所以，通過控制熔化速率和冷卻溫度，所述凸起134的寬度W可小于50納米，這是常規光刻法所不能達到的。
所述凸起134的寬度的具體值由下述基材的用途決定。例如，當形成碳納米管時，所述凸起134的寬度W優選在0.4納米到小于50納米的范圍內，更優選為0.4-30納米，還要更優選為0.4-10納米，其原因與第一個實例所述的原因相同。
而且，所述凸起134之間的間隔L(即所述熱分布11的調制方向上的凸起134之間個間隔(間距))由所述熱分布11的空間周期T(即所述衍射光柵13的周期間隔P和所述能量束12的波長λ)決定。所述波長λ越短，或者所述周期間隔P越小，所述凸起134之間的間隔L就下降得越多，所以可形成具有精細間隔L的凸起134，這是常規光刻法所不能達到的。例如，所述凸起134之間的間隔L優選是100納米或更小，更優選為50納米或更小，其原因與第一個實例所述的原因相同。
(平整化步驟)接著，如圖39A所示，在圍繞所述凸起134的凹入部分135中形成填充層136。所述填充層136用作平整化層，其中所述凸起134的頂表面由下述CMP進行平整化，所述填充層136通過利用SOG或CVD法涂覆例如二氧化硅來形成。作為所述填充層136的材料，可使用絕緣材料(例如氮化硅、聚酰亞胺、PMMA或金屬氧化物膜)或半導體材料(如硅或鍺)代替上述二氧化硅。
可形成所述填充層136，這樣所述凸起134可覆蓋有所述填充層136，或者凸起134的一部分(例如所述凸起134的最尖端部分)從所述填充層136凸出。
接著，如圖39B所示，所述凸起134和填充層136可通過例如CMP進行拋光，以使所述凸起134的頂表面134A和所述填充層136的頂表面136A平整化。這樣得到包括凸起134的基材137，所述凸起134具有平整化的頂表面134A和填充層136，所述填充層136覆蓋了所述凸起134的側表面，且所述凸起134的頂表面134A從所述填充層上露出。
所述平整化頂表面134A的寬度Wa可控制在一定范圍內，所述范圍可由所述凸起134的寬度W通過拋光時間和CMP得到。換句話說，所述凸起134的截面積向著所述尖端逐漸減少，所以所述拋光時間越長，所述頂表面134A的寬度Wa就提高得越多。所述凸起134之間的間隔L在平整化前后相同。
因此，當所述凸起134的頂表面134A是平的時，所述頂表面134A的寬度Wa可小于50納米，與所述凸起134的寬度W相同，這是常規光刻法所不能達到的，所述頂表面134A的面積和形狀的變化可降低，且高度可得到均化。
這樣完成所述催化劑排列步驟。
(生長步驟)對所述凸起134的頂表面134A進行平整化后，例如如圖40所示，碳納米管138通過使用露在所述頂表面134A作為催化劑的鐵生長在所述基材137上，從而形成碳納米管結構體139，其中許多碳納米管138線性排列。
因此，在所述改進方法中，所述熱分布11施加到所述基材10的表面上，熔化所述基材10的表面后，所述基材10的表面散熱，以對應于所述熱分布11的位置形成凸起134的圖案，接著，使所述凸起134的頂表面134A平整化。因此，通過控制熔化溫度和冷卻速率，所述凸起134的寬度W和所述頂表面134A的寬度Wa可小于50納米，這是常規光刻法所不能達到的。而且，通過控制所述熱分布11的空間周期T，所述凸起134可形成精細間隔L，這是常規光刻法所不能達到的。
而且，可通過干法形成具有凸起134的圖案的基材137，所以，與使用常規光刻法的方法相比，所述改進方法可得到以下優點，即生產更容易，再現性較好，生產較低。
此外，所述熱分布11通過使所述能量束12衍射進行施加，所以可通過減少所述衍射光柵13中的周期間隔P來容易地控制所述熱分布的空間周期T，從而可降低所述凸起134之間的間隔L。
而且，在所述改進方法中，所述凸起134的頂表面134A進行平整化，所以，與所述凸起134的寬度W相同，所述頂表面134A的寬度Wa可小于50納米，這是常規光刻法所不能達到的，所述頂表面134A的面積和形狀變化可降低，所述高度可均化。
〔改進方法10〕接著，如下描述本發明的改進方法10。所述改進方法還包括頂表面轉印步驟，該步驟包括通過使用所述基材137作為母板，將改進方法9中所得所述基材137的凸起圖案轉印到待轉印的另一個基材上。
首先，如圖41所示，形成具有凸起的轉印用母板140(下文稱為母板)，所述凸起的頂表面是平整化的。如改進方法9中的基材137一樣，所述母板140是通過進行熔化步驟、凸起形成步驟和平整化步驟形成的。換句話說，所述凸起134和填充層136形成在所述基材10上，對所述凸起的頂表面134A和所述填充層136的頂表面136A進行平整化。
(頂表面轉印步驟)接著，如圖42A所示，制備與改進方法4中相同的待轉印的基材71，所述母板140的凸起134的頂表面134A和所述待轉印的基材71的導電膜72相互緊密對置。此時，為了提高所述轉印特性，如果需要的話，優選在箭頭A的方向上施加壓力。而且，優選進行加熱處理，因為可再次提高所述轉印特性。
之后，當所述母板140從所述待轉印的基材71上拉走后，如圖42B所示，所述凸起134的頂表面134A的圖案轉印到待轉印的基材71上。因此，具有由鐵制成的轉印圖案151的基材152形成在所述待轉印的基材71上。因此，通過使用一個母板140將所述凸起134的頂表面134A轉印到許多待轉印的基材71上，制造許多基材152。而且，通過平整化步驟，可減少所述凸起134的頂表面134A的面積和形狀變化，且所述高度是均化的，所以，減少了所述轉印圖案141的面積和形狀變化。這樣形成了具有高精密度的精細轉印圖案151。而且，當所述凸起134由于重復轉印用壞時，只要在平整化步驟中重復拋光，就可恢復所述凸起134的頂表面的形狀。
這樣完成了所述催化劑排列步驟。
(生長步驟)所述轉印圖案151形成在所述待轉印的基材71上，形成所述基材152后，例如如圖43所示，碳納米管153通過使用轉印圖案151作為催化劑生長在所述基材152上，從而形成碳納米管結構體154，其中許多碳納米管153線性排列。所述形成在導電膜72上的碳納米管結構體154可用作場致電子發射器件。
因此，在所述實例中，所述凸起134的頂表面134A轉印到待轉印的基材71上，所以，通過使用一個母板140將所述凸起134的頂表面134A轉印到許多待轉印的基材71上，制造許多基材152。而且，通過平整化步驟，所述凸起134的頂表面134A的面積和形狀變化是小的，所述高度是均化的，所以可形成具有高精密度的轉印圖案151。
〔改進方法11〕接著，如下描述改進方法10。在所述改進方法中，如改進方法9所示，凸起圖案形成在所述基材10的表面上后，阻止所述碳納米管生長的控制層形成在所述凸起除了最尖端部分之外的表面上。換句話說，在所述改進方法中，所述催化劑排列步驟包括“熔化步驟”、“凸起形成步驟”和“控制層形成步驟”，所述熔化步驟包括將根據所需圖案調制的所述熱分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述凸起形成步驟包括通過使所述基材10的表面散熱，在對應于所述熱分布11的位置中(即以所需圖案)形成凸起，所述控制層形成步驟包括在除了所述最尖端部分之外的凸起表面上形成阻止所述碳納米管生長的控制層。之后，進行使所述碳納米管生長在所述凸起的最尖端部分上的“生長步驟”，所述凸起沒有用所述控制層覆蓋。
(熔化步驟和凸起形成步驟)首先，如改進方法9所示，進行所述熔化步驟和凸起形成步驟，如圖38所示，將所述凸起134形成在所述基材10的表面上。
(控制層形成步驟)接著，如圖44所示，所述控制層161形成在除最尖端部分134B之外的凸起134的表面上。在下述生長步驟中，所述控制層161阻止所述碳納米管由所述凸起134的側表面上生長，以限定所述碳納米管的生長區域，通過例如SOG、CVD等方法施加二氧化硅形成所述控制層161。作為所述控制層161的材料，它可與改進方法9中的填充層136相同，可使用絕緣材料(例如氮化硅、聚酰亞胺、PMMA)或絕緣材料(如金屬氧化物膜)、或半導體材料(如硅或鍺)代替二氧化硅。原則上，當絕緣材料用作所述控制層161的材料時，圍繞所述凸起134的最尖端部分134B的區域用由絕緣材料制成的控制層161填充，所以，相比圍繞所述碳納米管沒有絕緣體的情況，可在所述碳納米管上集中更高的電場。
這樣完成所述催化劑排列步驟，形成基材162，其中所述控制層161形成在除了最尖端部分134B之外的凸起134的表面上。
(生長步驟)形成所述基材162之后，例如如圖45所示，碳納米管163通過使用作為催化劑暴露于所述凸起134的最尖端部分134B的鐵生長，因此形成碳納米管結構體164，其中許多碳納米管163線性排列。
因此，在所述改進方法中，所述控制層161形成在所述凸起134除了最尖端部分134B之外的表面上，所以所述碳納米管163僅生長在所述凸起134的最尖端部分134B上。
《制造場致電子發射器件的方法和制造顯示單元的方法》〔第五個實例〕接著，參照圖46-49，如下描述本發明第五個實例的制造場致電子發射器件的方法和制造顯示單元的方法。在該實例的方法中，形成包括使用碳納米管的陰極的場致電子發射器件，所述方法包括通過熔化分布對碳納米管具有催化劑功能的“催化劑形成步驟”和通過生長所述碳納米管形成陰極的“陰極形成步驟”，所述熔化是通過調制熱分布達到的。通過在所述基材表面上形成分隔槽的“分隔槽形成步驟”，以避免所述金屬在所述催化劑排列步驟中排列，從而所得場致電子發射器件可用作例如FED的陰極板。
所述催化劑排列步驟與第一個實例中所述的催化劑排列步驟相同，所述催化劑排列步驟包括“熔化步驟”和“沉積步驟”，所述熔化步驟包括將根據所需圖案調制的熱分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述沉積步驟包括通過使所述基材10的表面散熱，將所述第二材料沉積在對應于所述熱分布11的位置(即以所需圖案)中。而且，所述陰極形成步驟基本上與第一個實例的制造管狀碳分子的方法中的生長步驟相同。因此，用與第一個實例相同的數字表示相同的元件。而且，與第一個實例中的制造步驟重疊的部分可參照圖1-3進行描述。
(催化劑排列步驟)首先，在熔化步驟中，通過圖1所示的步驟，將調制熱分布11施加到所述基材10上。接著，在沉積步驟中，通過圖2所示的步驟將所述第二材料沉積在對應于熱分布11的高溫區域11H的位置中，以形成基本上為平面形狀的沉積區域14。這樣完成所述催化劑排列步驟，并形成所述基材10上具有沉積區域14的基材15。
(陰極形成步驟)然后，通過圖3所示的步驟，利用CVD法使許多碳納米管16生長在所述基材15上。因此，如圖46所示，形成陰極170，其中所述碳納米管16根據所述沉積區域14的圖案線性排列。所述碳納米管16的直徑由作為原料的含碳化合物的種類和生長環境決定。包括在一個陰極170中的碳納米管16數量越少，就越優選，因為這更容易集中電場。
(分隔槽形成步驟)然后，參照圖47和48，如下描述分隔槽形成步驟。在分隔槽形成步驟中，分隔槽形成在所述基材15的表面上，以使所述陰極170相互分隔。
首先，如圖47所示，通過衍射光柵13使所述能量束12衍射形成所述熱分布11，它在熔化步驟中具有180°的相移，所述熱分布11施加到所述基材15的表面上。換句話說，所述基材15和衍射光柵13之間的相對位置從所述熔化步驟中的位置移動碳納米管16陣列之間的間隔(間距)的一半，這樣所述熱分布11的高溫區域11H形成在所述碳納米管16陣列之間的中間位置。
設置所述能量束12的能量大小，以在所述高溫區域11H切削(熔化)所述基材15的表面。因此，如圖48所示，平行分隔槽180形成在所述碳納米管16陣列之間的中間位置，以避開(avoid)碳納米管16形成的位置。此時，碳納米管16形成的位置對應于所述低溫區域11L，所以所述能量束12的能量大小是低的，所述碳納米管16的溫度限于例如400℃或更低。因此，沒有由熱分布11產生的不利效應施加在所述碳納米管16上。
所述支撐體10A優選由絕緣材料(例如二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)、塑料或玻璃制成，當形成分隔槽180時，所述基材10進行完全切削，因為所述陰極170可通過分隔槽180相互之間電氣分隔。而且，優選形成所述分隔槽180，以嚙合在所述支撐體10A中，因為所述陰極170相互之間可更精確地電氣分隔。
因此，可得到包括所述基材15的場致電子發射器件、包括碳納米管16的許多陰極170和形成在所述基材15上以使所述陰極170相互分隔的分隔槽180，所述碳納米管16以所需圖案排列在所述基材15上。每個陰極170包括線性排列的一列碳納米管16。
(FED)圖49描述了使用所述場致電子發射器件的FED的示意圖。在所述FED中，陰極板200和陽極板300組合成相互對置的一個單元，所述FED的內部處于高真空狀態。
所述陰極板200包括上述陰極170形成在其上面的基材15。作為所述陰極板200，可根據所需屏幕的尺寸和基材15的尺寸使用許多基材15的組合。所述陰極170通過用于紅色(R)210R的陰電極、用于綠色(G)210G的陰電極和用于藍色(B)210B的陰電極連接到數據驅動器220上。作為陰電極210R、210G和210B，可使用由分隔槽180切削的基材10，或者可排布其它配線。
在所述陽極板300中，用于R 320R的陽電極、用于G 320G的陽電極和用于B 320B的陽電極以像素連著像素為基準交替排列在由玻璃材料等制成的透明基材310上。所述陽電極320R、320G和320B分別與所述陰電極210R、210G和210B正交排列。而且，掃描驅動器340連接所述陽電極320R、320G和320B上。用于R 330R的熒光膜、用于G 330G的熒光膜和用于B 330B的熒光膜分別形成在所述陽極320R、320G和320B的更接近所述透明基材一側的表面上。
在FED中，例如當在所述陽電極320R、320G和320B與所述陰電極210R、210G和210B之間選擇性施加電壓時，場致電子發射發生在位于交叉點上的所述陰極170中，以向著所述陽電極320R、320G和320B發射電子e-。由所述陰極170發出的所述電子e-穿過分布在各個陽電極320R、320G和320B中的細孔(沒有顯示)，與所述熒光膜330R、330G和330B碰撞，從而使熒光物質發光。由所述熒光物質發出的光顯示所需圖像。在這種情況下，所述陰極170的碳納米管16形成在由鐵制成的沉積區域14中，所述鐵以精細寬度W和精細間隔L沉積，這是常規光刻法所不能達到的，所以可清晰地顯示高分辨率圖像。
因此，在該實例中，通過熔化形成由鐵制成的所述沉積區域14的圖案，所述鐵具有用于形成碳納米管16的催化劑功能，所述熔化是由調制熱分布11達到的，所述陰極170通過所述沉積區域14的圖案生長所述碳納米管16來形成，所以可通過控制所述熱分布11形成常規光刻法所不能得到的具有精細寬度W和精細間隔L的沉積區域14的圖案，從而得到所述陰極170，其中所述碳納米管16根據所述沉積區域14的圖案規則排列。因此，通過使用包括所述陰極170的場致電子發射器件得到能清晰顯示清晰度更高的圖案的精細間距FED。
而且，可通過干法形成具有沉積區域14的圖案的基材15，所以相比使用常規光刻法的方法，該實例可得到以下優點，即生產更容易，重復性較好，成本可降低。
此外，在所述實例中，所述熱分布11施加到由硅(包括作為添加劑的鐵)制成的基材10的表面，以熔化所述基材10的表面后，所述基材10的表面散熱，所以鐵能選擇性地沉積在對應于熱分布11的位置上，形成由基本上為平面形狀的沉積區域14制成的圖案。
另外，在該實例中，使所述能量束12衍射，以施加所述熱分布11，所以，當降低所述衍射光柵13中的周期間隔P時，所述熱分布11的空間周期T可容易控制，所述沉積區域14之間的間隔L可降低，得到高精密度。
另外，在該實例中，所述分隔槽180形成在所述基材15的表面上，以避開(avoid)所述碳納米管16，所以，所述陰極170通過分隔槽180相互分隔，當所述陰極170用作所述FED的陰極板200時，所述數據驅動器220連接到各個陰極170上，從而選擇性地施加電壓。
而且，所述熱分布11可通過使所述能量束12衍射來施加，以形成所述分隔槽180，所以所述分隔槽可形成在所述碳納米管16陣列之間的中間位置，所述碳納米管16可具有高精密度的精細間隔。而且，相比使用常規激光熔化的情況，可在更短的時間內形成許多分隔槽180，且沒有由熱量造成的不利影響施加在所述碳納米管16上。
〔改進方法12〕接著，參照圖50，如下描述第五個實例的改進方法12。在所述改進方法中，每多列碳納米管16(例如每兩列)形成分隔槽180，每個多列陰極170包括兩列碳納米管16。同樣地，盡管并沒有顯示，但是每三列或四列碳納米管16可形成一個分隔槽180。
當施加到所述基材15的表面上的熱分布410的空間周期是例如所述熔化步驟中熱分布11的空間周期T的整數倍(nT；n是正整數，且n≥2)時，每多列可形成所述分隔槽180。例如通過將分隔槽形成步驟中所用的衍射光柵430的周期間隔設定為熔化步驟中衍射光柵的周期間隔P的整數倍(nP；n是正整數，且n≥2)，可控制所述空間周期。而且，通過控制所述能量束12的波長λ或入射角來控制所述空間周期。
控制所述基材15和衍射光柵430之間的相對位置，這樣與所述第一個實例一樣，在所述碳納米管16列之間的中間位置形成熱分布410的高溫區域410H。
在所述改進方法中，每多列碳納米管16形成所述分隔槽180。
〔改進方法13〕接著，參照圖51-53，如下描述本發明的改進方法13。在所述改進方法中，形成所述沉積區域14的圖案后，在通過生長所述碳納米管16形成所述陰極170之前進行分隔槽形成步驟。
(熔化步驟和沉積步驟)首先，如第五個實例所述，通過圖1和2中所示的步驟進行熔化步驟和沉積步驟，形成具有沉積區域14的圖案的基材15。
(分隔槽形成步驟)接著，參照圖51和52，如下描述分隔槽形成步驟。首先，如圖51所示，將所述熱分布11施加到所述基材15的表面上，所述熱分布是通過衍射光柵13使所述能量束12衍射形成的，它在熔化步驟中具有180°的相移。換句話說，所述基材15和衍射光柵13的相對位置由熔化步驟中的位置轉移所述沉積區域14之間的間隔(間距)的一半，這樣所述熱分布11的高溫區域11H形成在所述沉積區域14的中間位置。
設置所述能量束12的能量大小，這樣所述基材15的表面在所述高溫區域11H中切削。因此，如圖52所示，在所述沉積區域14圖案之間中間點形成平行分隔槽180，以避開所述沉積區域14的圖案。
(陰極形成步驟)接著，如圖53所示，與第五個實例一樣，所述碳納米管16通過圖3所示的步驟生長在沉積區域14中，以形成所述陰極170。
在所述改進方法中，形成分隔槽180后，通過生長所述碳納米管16形成所述陰極170，所以有把握防止熱分布11產生的不利影響，從而不會影響所述碳納米管16。
〔改進方法14〕圖54描述了本發明改進方法14中的分隔槽形成步驟。在所述改進方法中，通過改進方法13，與改進方法14相同，每多個沉積區域14(例如每兩個沉積區域)形成所述分隔槽180。
〔改進方法15〕圖55-57描述了第五個實例的另一種改進方法。在所述改進方法中，在第五個實例的熔化步驟中，如改進方法1所示，沿二維方向(即X方向和Y方向)調整所述能量束的能量，以將X方向熱分布81X和Y方向熱分布81Y施加到所述基材10的表面上。在所述改進方法中，相同的數字表示相同的元件。而且，與第五個實例的改進方法1中的制造部分重疊的部分參照圖47和48進行描述。
(催化劑排列步驟)首先，如改進方法1所述，根據圖7-9所示的步驟進行熔化步驟，以將所述熱分布33施加到所述基材10的表面上。接著，如改進方法1所示，如圖10、11和13所述的步驟進行沉積步驟，以將所述第二材料沉積在對應于所述熱分布33的位置中，即對應于所述高溫區域33H的位置，從而形成所述沉積區域34。因此，可得到具有沉積區域34的圖案的基材35。
(陰極形成步驟)然后，如改進方法1所述，如圖55所示，根據圖12所示的步驟利用例如CVD法在所述基材35上生長所述碳納米管36，形成所述陰極70。所述碳納米管36只生長在所述沉積區域34上，所以形成了所述陰極170，其中碳納米管36在二維方向上排列。包括在一個陰極170中的碳納米管36的數量越少，就更優選，因為可容易地集中電場。
(分隔槽形成步驟)然后，如第五個實例所述，根據圖47和48所示的步驟進行分隔槽形成步驟。因此，如圖56所示，在中間位置形成平行分隔槽180，以避開排列成二維方向的碳納米管36。
因此，得到包括許多陰極170的場致電子發射器件，每個陰極170包括以一定間隔排列的一列碳納米管36和分隔所述陰極170的分隔槽180。
(FED)圖57是使用該場致電子發射器件的FED的示意圖。在所述FED中，所述陰極板200和陽極板300組合成相互對置的一個單元，所述FED的內部處于高真空狀態。所述陰極板300包括基材35，在所述基材35上形成上述陰極170。所述陽極板300的結構與第五個實例相同。
在所述FED中，例如當在所述陽電極320R、320G和320B與陰電極210R、210G和210B之間選擇性地施加電壓時，場致電子發射發生在交叉點上的陰極170中，這樣使所述熒光膜330R、330G和330B的熒光材料發光，顯示所需圖像。在這種情況下，所述陰極170的碳納米管36以一定的間隔二維排列，所以提高了每個碳納米管36表面上的電場強度，以提高電子發射性能。
因此，在所述改進方法中，如改進方法1所述，可沿二維方向調整所述能量束12的能量大小，形成熱分布33，所以排列成二維方向的沉積區域34的圖案可形成在所述基材10的表面上。
而且，如改進方法1所述，由所述衍射光柵32使所述能量束12衍射，形成熱分布33，所以熱分布33的空間周期TX和TY可通過降低所述衍射光柵32中的周期間隔PX和PY容易地控制，從而可降低所述沉積區域34之間的間隔LX和LY。
〔改進方法16〕圖58描述了以網格形狀在改進方法15的分隔槽形成步驟中形成的分隔槽180。在這種情況下，在所述分隔槽180中，X方向上的間隔和Y方向上的間隔可分別設定。
當所述分隔槽以該網格形狀形成時，在用作FED陰極板的陰電極中，配線可通過例如從所述基材35的背部形成孔來放置。
而且，除了圖58所示的改進方法，改進方法15的分隔槽形成步驟可進行各種改變。例如，沉積區域34形成后，可在通過生長碳納米管36形成所述陰極170之前進行分隔槽形成步驟。而且，每多列碳納米管(例如每兩列)可形成所述分隔槽180。
〔第六個實例〕接著，參照圖59A一62，如下描述本發明第六個實例的制造場致電子發射器件的方法和制造顯示單元的方法。在所述實例中，在催化劑排列步驟中，如改進方法2所述，所述基材10的表面散熱，以在所述基材10的表面上形成凸起，將所述第二材料沉積在所述凸起的尖端部分，以形成包括凸起圖案的基材，其中至少其尖端部分由所述第二材料制成。而且，在所述實例中，在陰極形成步驟中，所述基材和所述電極相互對置，在它們之間施加電場，以在低電壓下垂直生長碳納米管。除了它們，本實例的制造方法與第五個實例相同，所以與第五個實例相同的數字表示相同的元件。而且，與改進方法2中的制造部分重疊的部分可參照圖1和14-17進行描述，與第五個實例中的制造步驟重疊的部分可參照圖47和48進行描述。
(催化劑排列步驟)首先，如改進方法2所述，根據圖1所示的步驟進行熔化步驟后，根據圖14-16所示的步驟進行沉積步驟，從而形成包括凸起41的圖案的基材43，在所述凸起41中，由鐵制成的沉積區域42至少形成在其尖端部分。
(陰極形成步驟)然后，參照圖59A-60，如下描述陰極形成步驟。如改進方法2所示，通過圖17所示的步驟，所述碳納米管44利用例如CVD法、PECVD法等生長在所述基材43上，以形成陰極170(參照圖60)。此時，如圖59A所示，基材43和由例如碳(C)制成的電極510相互對置，并在它們之間施加電壓。如圖59B所示，當所述凸起形成在基材43上時，在所述凸起41的位置上提高電場，所述碳納米管44可垂直生長。因此，所述碳納米管44的生長方向可在低電壓下控制在統一的方向上。在由上述步驟中得到的陰極170中，所述碳納米管44的取向是高的，所以，當所述陰極170用作所述FED的陰極時，可提高所述電子發射性能。在所述生長的碳納米管44中，包括沉積在所述沉積區域42中的第二材料46，即本實例中的鐵。
當所述碳納米管44生長，同時施加電場時，優選使用組成基材10的第一材料(例如高導電材料，如硅)，在所述硅中加入例如磷(P)。
(分隔槽形成步驟)接著，如第五個實例所述，通過圖47和48所示的步驟進行分隔槽形成步驟。因此，如圖61所示，所述分隔槽180形成在幾列所述碳納米管44之間的中間位置，以避開幾列所述碳納米管44。
因此，可得到包括許多陰極170和使所述陰極170相互分隔的分隔槽180，每個陰極包括一列線性排列的碳納米管44。
(FED)圖62描述了使用該場致電子發射器件的FED的示意圖。在所述FED中，所述陰極板200和陽極板300組合起來作為相互對置的一個單元，所述FED的內部處于高真空狀態。所述陰極板200包括在其上面形成上述陰極170的基材43。所述陽極板300的結構與第一個實例所述的相同。
在所述FED中，例如當在所述陽電極320R、320G和320B與所述陰電極210R、210G和210B之間選擇性施加電壓時，場致電子發射發生在位于交叉點上的陰極170中，所述熒光膜330R、330G和330B中的熒光物質發光，以顯示所需圖像。在這種情況下，所述陰極170的碳納米管44的生長方向是垂直排列的，所述碳納米管44的取向是高的，所以所述發射電子的數量是平均的，從而可提高所述電子發射性能。而且，可防止強度變化。
因此，在本實例中，所述凸起41(其中至少其尖端部分由所述第二材料(鐵)制成)形成在所述基材10的預定位置，所以，相比所述圖案形成為平面形狀的情況，可降低所述沉積區域42的寬度，并且相比第五個實例，可形成更精細的圖案。
而且，在本實例中，所述基材43和電極510相互對置，并在它們之間施加電壓，所以碳納米管44的生長方向可在低電壓下控制到統一的方向上。因此，可提高所述陰極170的碳納米管44的取向，當所述陰極170可用作FED的陰極時，可提高所述電子發射性能，并防止強度發生變化〔改進方法17〕圖63A和63B描述了所述第六個實例中陰極形成步驟的改進方法。在所述改進方法中，如圖63A所示，兩個基材63相互對置，這樣所述兩個基材43的凸起41的圖案相互對置，并在兩個基材43之間施加電場。在所述改進方法中，在所述凸起41的位置上提高電場，并且如圖63B所示，所述碳納米管44可由所述兩個基材43的凸起41的尖端部分垂直生長。因此，除了在第六個實例中的作用，所述碳納米管44可同時垂直形成在所述兩個基材43上，所以可進一步提高生產效率。
〔改進方法18〕接著，參照圖64-65B，如下描述第六個實例中的陰極形成步驟的另一個改進方法。在所述改進方法中，作為電極可使用凸起圖案對應于所述基材43的凸起41的圖案的電極，分布所述基材43和電極，這樣所述基材43的凸起41的圖案和所述電極的凸起圖案就可相互對置。
首先，如圖64所示，如第六個實例中的熔化步驟和沉積步驟所述，所述凸起511的圖案形成在與第六個實例所述相同的電極510上，以形成凸起電極512。所述凸起511的形狀、寬度W和間隔L與凸起41的情況相同，不同的是沒有沉積區域形成在所述凸起511的尖端部分。
接著，如圖65A所示，所述基材43的凸起41的圖案和凸起電極512的凸起511的圖案相互對置，并在所述基材43和凸起電極512之間施加電場。因此，在所述凸起41和511的位置中提高電場，并如圖65B所示，所述碳納米管44可由所述基材43的凸起41的尖端部分垂直生長。
〔改進方法19〕圖66A和66B還描述了第六個實例中陰極形成步驟的另一個改進方法。在所述改進方法中，如圖66A所示，所述基材15(在其上面形成了第五個實例中的平面狀沉積區域14的圖案)和所述凸起電極512(在其上面形成了改進方法18中所述凸起511的圖案)相互對置，并在它們之間施加電場。因此，在所述凸起511的位置中提高電場，并如圖66B所示，所述碳納米管16可從所述沉積區域14的位置上垂直生長。在生長的碳納米管16中，包括沉積在所述沉積區域14上的第二材料，即在該實例中的鐵。
〔改進方法20〕圖67A和67B描述了第五個實例中催化劑排列步驟的改進方法。在所述改進方法中，所述催化劑排列步驟包括“凸起電極形成步驟”和“還原/沉積步驟”，所述凸起電極形成步驟包括通過使用對應于所需圖案調制的熱分布在平面狀電極的表面上形成凸起圖案，所述還原/沉積步驟包括在包含具有催化劑功能的催化劑溶液中，在所述凸起電極和導電基材之間施加電場，從而在導電基材上形成對應于凸起電極(由具有催化劑功能的金屬制成)的圖案，以還原和沉積所述金屬。
(凸起電極形成步驟)如改進方法18中的圖64所示，所述凸起511的圖案形成在具有平坦表面的電極510的表面上，以形成凸起電極511。形成凸起511的方法與改進方法18相同。
(還原/沉積步驟)接著，如圖67A所示，在包括對形成碳納米管有催化劑功能的金屬(例如鐵)的催化劑溶液520中，所述凸起電極512和導電基材530可相互對置，并在它們之間施加電場。作為具有催化劑功能的金屬，除了鐵可使用第一個實例中作為第二材料描述的材料。因此，在所述凸起511的位置上提高電場，并如圖67B所示，通過還原根據所述凸起511的圖案將鐵沉積在所述導電基材530上，從而形成沉積區域531。因此，可得到具有沉積區域531的圖案的基材530，從而完成所述催化劑排列步驟。
在所述改進方法中，所述凸起511的圖案通過熱分布形成在所述平面狀電極510的表面上，以在所述導電基材530上對應于所述凸起511的圖案形成由催化劑金屬(鐵)制成的沉積區域531，所以可對應于所述凸起511的圖案形成所述沉積區域531，它具有精細的寬度和精細間隔，這是常規光刻法所不能達到的。
〔第七個實例〕接著，參照圖68A-70，如下描述第七個實例中制造場致電子發射器件的方法和制造顯示單元的方法。在所述實例中，還可包括對應于陰極形成引出電極的引出電極形成步驟。換句話說，在所述實例中，在改進方法13中進行分隔槽形成步驟后，形成引出電極，然后生長碳納米管，以形成陰極。
(熔化步驟和沉積步驟)首先，如圖68A所示，如第五個實例所示，進行所述熔化步驟和沉積步驟，并形成包括所述沉積區域14的圖案的基材15。如上述，所述沉積區域14基本上形成為平面形狀；但是，為了容易理解的目的，在圖68A和68B中，所述沉積區域14從所述基材15的表面上凸出。
(分隔槽形成步驟)接著，如圖68B所示，在所述沉積區域14的圖案之間的中間位置形成分隔槽180，以避開所述沉積區域14的圖案。形成所述分隔槽180的方法與改進方法13中參照圖51和52所述的相同。
(引出電極形成步驟)形成所述分隔槽180后，進行引出電極形成步驟。首先，如圖69A所示，由例如二氧化硅(SiO2)等制成的絕緣膜611通過例如旋涂或化學氣相沉積形成在所述基材上。
接著，如圖69B所示，由例如鈮(Nb)、鉬(Mo)等制成的導電膜612通過例如旋涂或化學氣相沉積形成在所述絕緣膜611上。
形成導電膜612后，如圖69C所示，通過例如光刻法或反應性離子蝕刻，在絕緣層611和導電膜612中對應于每個沉積區域14形成小孔部分613。因此，在所述基材15上形成由鈮或鉬制成的引出電極614，所述基材15和所述引出電極之間有所述絕緣膜611。
(陰極形成步驟)接著，如圖70所示，與第五個實例一樣，所述碳納米管16生長在所述沉積區域14中，以形成陰極170。因此，可得到包括對應于所述陰極170的引出電極614的場致電子發射器件。
(FED)圖71描述了使用該場致電子發射器件的FED的示意圖。在所述FED中，所述陰極板200和陽極板300組合起來作為相互對置的一個單元，且所述FED的內部處于高真空狀態。
所述陰極板200包括上述陰極170和在其上面形成對應于所述陰極170的引出電極614的基材15。所述引出電極614包括分別對應于陰電極210R、210G和210B的用于R 614R的引出電極、用于G 614G的引出電極和用于B 614B的引出電極。用于R 614R的引出電極、用于G 614G的引出電極和用于B 614B的引出電極連接到掃描驅動器(沒有顯示)上。
所述陽極板300的結構與所述第一個實例相同，不同的是預定的DC電壓固定施加到所述陽電極320R、320G和320B上。在圖71中，僅描述了陽電極320R和熒光膜330R。
在所述FED中，例如當在所述引出電極614R、614G和614B與所述陰電極210R、210G和210B之間選擇性施加電壓時，場致電子發射發生在交叉點上的陰極170中，所述熒光膜330R、330G和330B的熒光物質(參照圖6)發光，以顯示所需圖案。在這種情況下，所述引出電極對應于所述陰極170形成，所以場致電子發射發生在低電壓下。
因此，在本實例中，對應于所述陰極170形成引出電極614，所以所述場致電子發射發生在低電壓下。
〔改進方法21〕接著，參照圖72A-74，如下描述第七個實例的改進方法。在所述改進方法中，在第七個實例中，如改進方法11所述，在所述基材10(由作為金屬催化劑的鐵(Fe)制成)的表面上形成凸起圖案后，在最尖端部分之外的凸起表面上形成能阻止所述碳納米管生長的控制層，且相同的數字表示相同的元件。與第五個實例中的制造方法重疊的部分可參照圖47和48進行描述，與第七個實例中的制造方法重疊的部分可參照圖69A-69C進行描述。
換句話說，在所述改進方法中，所述催化劑排列步驟包括“熔化步驟”、“凸起形成步驟”和“控制層形成步驟”，所述熔化步驟包括將根據所需圖案調制的所述熱分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述凸起形成步驟包括通過使所述基材10的表面散熱，在對應于熱分布11的位置(即以所需圖案)上形成凸起，所述控制層形成步驟包括在除了最尖端部分之外的凸起表面上形成能阻止所述碳納米管生長的控制層。如果需要的話，可進行形成分隔槽的“分隔槽形成步驟”。之后，進行“陰極形成步驟”，即通過在沒有覆蓋控制層的凸起的最尖端部分生長所述碳納米管形成陰極。
(熔化步驟和凸起形成步驟)首先，如改進方法11所示，進行熔化步驟和凸起形成步驟，并如圖72A所示，所述凸起134的圖案形成在所述基材10的表面上。
(分隔槽形成步驟)之后，如第五個實例所述，如圖72B所示，通過圖47和48所示的步驟形成分隔槽180。
(控制層形成步驟)接著，如改進方法11所述，如圖72C所示，控制層161通過圖44所示的步驟形成在除了最尖端部分134B之外的凸起134的表面上。
這樣完成催化劑排列步驟，并形成基材700，其中所述控制層161形成在除了最尖端部分之外的凸起134的表面上。
(引出電極形成步驟)形成所述基材700后，如第七個實例所示，通過圖69A-69C所示的步驟進行引出電極形成步驟。換句話說，首先，如圖73A所示，通過例如濺射或化學氣相沉積在所述基材700上形成由例如二氧化硅等制成的絕緣膜611。
接著，如圖73B所示，通過例如濺射或化學氣相沉積在所述絕緣膜611上形成由例如鈮(Nb)、鉬等制成的導電膜612。
形成導電膜612后，如圖73C所示，通過例如光刻法和反應離子蝕刻，對應于各個凸起134的最尖端部分134B在所述絕緣膜611和導電膜612中形成小孔部分612。因此，由鈮或鉬制成的所述引出電極614形成在所述基材700上，在所述引出電極614和基材700之間有絕緣膜611。
(陰極形成步驟)接著，如圖74所示，如改進方法11所述，所述碳納米管163從各個凸起134的最尖端部分134B生長，形成所述陰極710。因此，可得到包括對應于所述陰極710的引出電極614的場致電子發射器件。
因此，在所述改進方法中，除了第七個實例的作用，所述控制層161形成在除了最尖端部分134B之外的凸起134的表面上，所以碳納米管163可僅生長在所述凸起134的最尖端部分134B上。
特別是，當絕緣材料用作所述控制層161的材料時，圍繞所述凸起134的最尖端部分134B的區域用由絕緣材料制成的控制層161填充，所以相比所述碳納米管163周圍沒有絕緣材料的情況，可在所述碳納米管163上集中更高的場強。
盡管參照所述實例和改進方法描述了本發明，但是本發明并沒有局限于這些實例和改進方法，并且可進行許多改進。例如，在上述實例中，能量束12的能量大小可通過脈沖輻照的數量進行調節；但是，可調節所述脈沖輻照的數量、輻照強度和脈沖寬度。
而且，在上述實例和上述改進方法中，通過使用衍射光柵13、32和43形成熱分布11和41；但是，可通過使用分束鏡和鏡子形成熱分布11和41。
此外，在上述實例和改進方法中，可通過XeCl準分子激光器施加所述能量束12；但是，也可使用除了所述XeCl以外的任何激光器，只要可調制形成所述熱分布，可使用典型通用電熱爐(擴散爐)或燈作為加熱器的任何其它方法來進行加熱。
另外，在上述實例和改進方法中，所述沉積步驟或凸起形成步驟中的熱散失是通過熔融步驟完成后在室溫自然冷卻進行的；但是，可在小于室溫的溫度下通過強制冷卻來縮短所述沉積步驟或凸起形成步驟。
另外，例如在改進方法15的陰極形成步驟中，如第六個實例所述，所述基材35和電極(沒有顯示)相互對置，且可在它們之間施加電壓。
此外，例如作為第二個實例和第六個實例的組合，當通過在基材和電極之間施加電場以在垂直方向上生長的碳納米管的高度均化時，所述碳納米管的形狀和生長方向可以是統一的，當所述碳納米管用在FED中時，所述電場發射性能可再次提高。
而且，例如如第二個實例所述，所述碳納米管16的高度均化后，如第七個實例所述，由鈮或鉬制成的引出電極可形成在固定層18上。在這種情況下，所述固定層18優選由絕緣材料制成。
此外，例如在制造場致電子發射器件的方法和制造顯示單元的方法中，催化劑排列步驟如改進方法1所述進行的情況可參見改進方法15，催化劑排列步驟如改進方法2所述進行的情況可參見第六個實例所述，催化劑排列步驟如改進方法11所述的情況可參見改進方法21。但是，改進方法3-10中所述催化劑排列步驟的改進方法可應用到制造場致電子發射器件的方法和制造顯示單元的方法。
在基材上分布具有催化劑功能的金屬的方法并沒有局限于上述實例和改進方法。例如，凸起可形成在由催化劑金屬制成的基材上，所述凸起的頂表面可進行平整化。
另外，在上述實例和改進方法中，碳納米管形成為管狀碳分子的情況如所述；但是，本發明并沒有局限于這種情況，它可應用到形成碳納米觸角(nanohorn)或碳納米纖維的情況。
如上述，在制造本發明的管狀碳分子的方法中，可通過熔化分布對形成管狀碳分子具有催化劑功能的金屬，以生長管狀碳分子，所述熔化是通過調制熱分布達到的，所以可通過控制所述熱分布形成具有精細寬度和精細間隔的圖案，這是常規光刻法所不能達到的，并可得到管狀碳分子，其中所述管狀碳分子可對應于所述圖案規則排列。
在制造本發明記錄設備的方法中，可通過熔化分布對形成管狀碳分子具有催化劑功能的金屬，以生長管狀碳分子，所述熔化是通過調制熱分布達到的，所述管狀碳分子的尖端形成在預定平面中，所述尖端形成為開口尖端，然后從所述開口尖端將磁性材料插入所述管狀碳分子的尖端部分，形成磁性層。因此，磁化長度可以是小尺寸的，這是常規光刻法所不能達到的。因此，所述記錄密度可非常高。而且，所述磁性層由管狀碳分子分隔，所以在其它相鄰管狀碳分子中沒有磁性層的作用，預定的磁化方向可穩定保持較長時間，并可提高所述記錄設備的可靠性。
如上述，在制造本發明場致電子發射器件的方法中、在本發明場致電子發射器件中、在制造本發明顯示單元的方法中、或本發明的顯示單元中，包括所述催化劑排列步驟和所述陰極形成步驟，所述催化劑排列步驟包括通過熔化將對管狀碳分子具有催化劑作用的金屬分布在所述基材上，所述熔化是通過調制熱分布達到的，所述陰極形成步驟包括通過生長所述管狀碳分子形成所述陰極，所以，通過控制所述熱分布，所述催化劑金屬可以具有精細寬度和精細間隔的圖案(這是常規光刻法所不能達到的)分布，并可得到所述陰極，其中管狀碳分子對應于所述圖案規則排列。
權利要求
1.一種制造管狀碳分子的方法，它包括催化劑排列步驟，該步驟包括通過熔化排列對管狀碳分子具有催化劑功能的金屬，所述熔化是通過調制熱分布達到的；生長管狀碳分子的生長步驟。
2.如權利要求1所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述熱分布是通過能量束沿一維方向或二維方向衍射來施加的。
3.如權利要求1所述制造管狀碳分子的方法，它還包括高度均化步驟，該步驟包括在預定平面中形成所述管狀碳分子的尖端，并使所述尖端形成為開口的尖端。
4.如權利要求3所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于在所述高度均化步驟中，在至少圍繞所述管狀碳分子形成用以固定所述管狀碳分子固定層后，對所述管狀碳分子以及所述固定層一起進行拋光。
5.如權利要求4所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述拋光是化學機械拋光。
6.如權利要求1所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于在所述生長步驟中，所需材料包括在所述管狀碳分子的尖端中。
7.如權利要求6所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述所需材料由介電材料或導電材料制成。
8.如權利要求6所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述所需材料由具有催化劑功能的金屬制成。
9.如權利要求3所述制造管狀碳分子的方法，它還包括插入步驟，該步驟包括沿許多管狀碳分子的開口尖端將磁性材料至少插入許多管狀碳分子的尖端部分中。
10.如權利要求9所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于在所述高度均化步驟中，在至少圍繞所述管狀碳分子形成用以固定所述管狀碳分子的固定層后，對所述管狀碳分子和所述固定層一起進行拋光，以及在所述插入步驟中，在所述固定層上形成由所述磁性材料制成的用以封閉所述開口尖端的薄膜后，對所述薄膜進行拋光。
11.如權利要求10所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述拋光是化學機械拋光。
12.如權利要求1所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述催化劑排列步驟包括熔化步驟，該步驟包括將調制熱分布施加到基材表面上，以熔化所述基材的表面，所述基材包括在第一材料中作為添加劑的第二材料；以及沉積步驟，該步驟包括通過使所述基材表面散熱將所述第二材料沉積在對應于所述熱分布的位置中。
13.如權利要求12所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述第二材料是這樣一種材料，即能通過將所述第二材料加入到所述第一材料中降低所述第一材料的熔點。
14.如權利要求12所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于在所述沉積步驟中，通過使所述基材的表面散熱，將所述第二材料以平面形狀沉積在所述基材的表面上。
15.如權利要求12所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于在所述沉積步驟中，通過使所述基材的表面散熱在所述基材的表面上形成凸起，所述第二材料至少沉積在所述凸起的尖端部分。
16.如權利要求12所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述第一材料是半導體或金屬，所述第二材料是具有催化劑功能的金屬。
17.如權利要求1所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述催化劑排列步驟包括熔化步驟，該步驟包括將根據所需圖案調制的熱分布施加到基材的表面上，以熔化所述基材的表面；母板形成步驟，該步驟包括通過使所述基材的表面散熱在所述基材上對應于所述熱分布的位置形成至少其尖端由轉印材料制成的凸起，以形成在其表面上具有所述凸起圖案的轉印用母板；以及轉印步驟，該步驟包括通過將所述轉印用母板的圖案轉印到所述待轉印的基材上，形成基材；和在所述基材上生長所述管狀碳分子。
18.如權利要求17所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于在所述轉印步驟中，改變所述轉印用母板和待轉印的基材之間的相對位置，以多次將轉印用母板的圖案轉印到所述待轉印的基材上。
19.如權利要求17所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于在所述轉印步驟中進行加熱。
20.如權利要求1所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述催化劑排列步驟包括熔化步驟，該步驟包括將根據所需圖案調制的熱分布施加到基材的表面上，以熔化所述基材的表面；凸起形成步驟，該步驟包括通過使所述基材的表面散熱在對應于所述熱分布的位置中形成凸起圖案；以及附著步驟，該步驟包括將由對管狀碳分子具有催化劑功能的金屬制成的金屬基材壓在所述凸起上使催化劑金屬附著到所述凸起的尖端部分。
21.如權利要求1所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述催化劑排列步驟包括熔化步驟，該步驟包括將根據所需圖案調制的熱分布施加到基材的表面上，以熔化所述基材的表面；凸起形成步驟，該步驟包括通過使所述基材的表面散熱在對應于所述熱分布的位置中形成凸起圖案；以及平整化步驟，該步驟包括平整化所述凸起的頂表面。
22.如權利要求21所述制造管狀碳分子的方法，它還包括頂表面轉印步驟，該步驟包括將所述凸起經平整化的頂表面轉印到待轉印的基材上。
23.如權利要求1所述制造管狀碳分子的方法，其特征在于所述催化劑排列步驟包括熔化步驟，該步驟包括將根據所需圖案調制的熱分布施加到基材的表面上，以熔化所述基材的表面；凸起形成步驟，該步驟包括通過使所述基材的表面散熱在對應于所述熱分布的位置形成凸起圖案；和控制層形成步驟，該步驟包括形成控制層，它能阻止除了最尖端部分之外在所述凸起表面上所述管狀碳分子的生長。
24.一種管狀碳分子，它是這樣形成的通過熔化排列對管狀碳分子具有催化劑功能的金屬，和通過使用所述具有催化劑功能的金屬生長管狀碳分子，所述熔化是通過調制熱分布達到的。
25.一種制造記錄設備的方法，它包括催化劑排列步驟，該步驟包括通過熔化排列對管狀碳分子具有催化劑功能的金屬，所述熔化是通過調制熱分布達到的；生長管狀碳分子的生長步驟；高度均化步驟，該步驟包括在預定平面上形成所述管狀碳分子的尖端，并將所述尖端形成為開口尖端；以及插入步驟，該步驟包括從所述開口尖端將磁性材料至少插入所述管狀碳分子的尖端部分。
26.如權利要求25所述的制造記錄設備的方法，其特征在于在所述高度均化步驟中，至少圍繞所述管狀碳分子形成用以固定所述管狀碳分子的固定層，，并對所述管狀碳分子和所述固定層一起進行拋光，和在所述插入步驟中，在所述固定層上形成由所述磁性材料制成的薄膜，以封閉所述開口尖端，并對所述薄膜進行拋光。
27.如權利要求26所述的制造記錄設備的方法，其特征在于所述拋光是化學機械拋光。
28.一種制造場致電子發射器件的方法，它包括催化劑排列步驟，該步驟包括用調制熱分布在基材上排列對管狀碳分子具有催化劑功能的金屬；以及陰極形成步驟，該步驟包括通過生長管狀碳分子形成陰極。
29.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于在所述陰極形成步驟中，所述基材和電極相互對置，且在所述基材和所述電極之間施加電場。
30.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述基材具有由所述金屬制成的平面圖案。
31.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述基材具有凸起圖案，至少其尖端部分由所述金屬制成。
32.如權利要求31所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于在所述陰極形成步驟中，以凸起的圖案對置的方式放置兩塊所述基材，在所述兩塊基材之間施加電場。
33.如權利要求29所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于使用在其上面形成有對應于所述基材的圖案的凸起圖案的電極作為所述電極，所述電極的的凸起圖案和所述基材的圖案相互對置。
34.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述金屬的排列間隔為100納米或更小。
35.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述金屬的排列間隔為50納米或更小。
36.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述催化劑排列步驟包括凸起電極形成步驟，該步驟包括通過根據所需圖案調制的熱分布在平電極的表面上形成凸起的圖案，以形成凸起電極；和還原/沉積步驟，該步驟包括在催化劑溶液中在所述凸起電極和導電基材之間施加電場，將由具有催化劑功能的金屬制成的且與所述凸起電極對應的圖案施加到所述基材上，所述催化劑溶液包括具有催化劑功能的金屬，以還原和沉積所述金屬。
37.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，它還包括分隔槽形成步驟，該步驟包括在所述基材的表面上形成分隔槽，以避開所述金屬。
38.如權利要求37所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述分隔槽是用能量束輻照形成的。
39.如權利要求37所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述分隔槽是通過使能量束在一維方向或二維方向上衍射形成的。
40.如權利要求37所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述分隔槽形成為平行線或網格。
41.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，它還包括對應于所述陰極形成引出電極的引出電極形成步驟。
42.如權利要求41所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述引出電極形成步驟是在所述催化劑排列步驟和所述陰極形成步驟之間進行的。
43.如權利要求41所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述引出電極形成步驟包括在所述基材上形成絕緣膜的絕緣膜形成步驟；在所述絕緣膜上形成導電膜的導電膜形成步驟；和對應于所述陰極在所述絕緣膜和所述導電膜中形成小孔部分的小孔部分形成步驟。
44.如權利要求28所述制造場致電子發射器件的方法，它還包括高度均化步驟，該步驟包括在預定平面中形成所述管狀碳分子尖端，并將所述尖端形成為開口尖端。
45.如權利要求44所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于在所述高度均化步驟中，在至少圍繞所述管狀碳分子形成用以固定所述管狀碳分子的固定層后，對所述管狀碳分子和所述固定層一起進行拋光。
46.如權利要求45所述制造場致電子發射器件的方法，其特征在于所述拋光是化學機械拋光。
47.一種場致電子發射器件，它包括陰極，它包括利用對管狀碳分子具有催化劑功能的金屬進行生長的管狀碳分子，所述金屬通過熔化分布在基材上，所述熔化是通過調制熱分布達到的。
48.一種制造顯示單元的方法，所述顯示單元包括場致電子發射器件和基于所述場致電子發射器件發出的電子的碰撞而發光的發光部分，所述形成所述場致電子發射器件的步驟包括催化劑排列步驟，該步驟包括通過熔化將對管狀碳分子具有催化劑功能的金屬排列在基材上，所述熔化是通過調制熱分布達到的；以及陰極形成步驟，該步驟包括通過生長管狀碳分子形成陰極。
49.一種顯示單元，它包括場致電子發射器件；和基于所述場致電子發射器件發出的電子的碰撞而發光的發光部分，所述場致電子發射器件包括陰極，它包括利用對管狀碳分子具有催化劑功能的金屬進行生長的管狀碳分子，所述金屬通過熔化排列在基材上，所述熔化是通過調制熱分布達到的。
全文摘要
一種制造管狀碳分子的方法，它能夠以更精細的間隔和規則排列碳納米管。通過基于調制熱分布(11)的熔化將催化劑排列在由半導體如硅(Si)組成的基材(10)上，所述基材包含作為催化劑的鐵。所述熱分布(11)是通過用例如衍射光柵(12)使能量束(12)衍射形成的。分布催化劑的方法包括例如將鐵以平面或凸起的形式沉積對應于所述熱分布(11)的位置中，或者還包括使用其原始形式來將其轉印到另一種基材上。使用所述分布催化劑生長碳納米管。所述生長納米管可用于記錄設備、場致電子發射元件或FED。
文檔編號H01J1/30GK1723171SQ200480001829
公開日2006年1月18日 申請日期2004年1月8日 優先權日2003年1月9日
發明者D·P·戈塞恩, 梶浦尚志, 丸山竜一郎, 白石誠司, 黃厚金, 野宏治, 和智滋明, 阿多誠文 申請人:索尼株式會社