專利名稱：用于對準(zhǔn)針狀物的方法以及對準(zhǔn)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對準(zhǔn)針狀物的方法以及對準(zhǔn)單元。
背景技術(shù)：
近來引人注意的碳納米管，代表針狀物，具有其中鍵合在平面中的構(gòu)成石墨結(jié)構(gòu)的sp2碳以納米量級卷成圓柱體的結(jié)構(gòu)。碳納米管具有許多優(yōu)良特性，并且因此已經(jīng)用在各種應(yīng)用中。特別地，由于它們可以是良導(dǎo)電的或半導(dǎo)電的電特性，碳納米管經(jīng)常用于電子材料。碳納米管的一個應(yīng)用是將它們用于MOS晶體管。
圖6是已知的MOS晶體管的示意圖。為了制作MOS晶體管，在硅襯底10上方的SiO2膜上，多個碳納米管104在同一方向上對準(zhǔn)，并且通過光刻形成源電極12、漏電極13以及柵電極14。然后，在源電極12和漏電極13之間施加高電壓，以破壞良導(dǎo)電的碳納米管并且使得半導(dǎo)電的碳納米管保留。從而，制成MOS晶體管。
碳納米管的另一個應(yīng)用是把它們用作場發(fā)射顯示器(FEDs)的電子源。當(dāng)向它們施加電壓時，碳納米管發(fā)射電子。許多碳納米管在同一方向上束在一起以形成電子發(fā)射體，并且這種電子發(fā)射體兩維地布置在FED電子源內(nèi)。碳納米管已經(jīng)用于各種其他應(yīng)用中，并且在大多數(shù)應(yīng)用中，要求碳納米管在一個方向上對準(zhǔn)。
為了對準(zhǔn)碳納米管，在日本專利公開No.2000-208026、2001-93404、2001-195972和2003-197131中已經(jīng)公開了一些方法，并且所有這些都涉及了FED電子源。在日本專利公開No.2000-208026中，包含碳納米管的材料密封在圓柱體中，并且拉長圓柱體以在拉長方向?qū)?zhǔn)碳納米管。在日本專利公開No.2001-93404中，將包含分散的碳納米管的導(dǎo)電膠壓入形成在陶瓷薄板中的許多通孔內(nèi)，以便在垂直于襯底的方向上對準(zhǔn)碳納米管。在日本專利公開No.2001-195972中，通過絲網(wǎng)印刷或旋轉(zhuǎn)涂布將包含分散的碳納米管的膠涂敷于在襯底表面設(shè)置的鋸齒特征或其他物理形狀。從而，在垂直于襯底表面的方向上對準(zhǔn)碳納米管。在日本專利公開No.2003-197131中，將碳納米管置于形成在金屬膜表面中的許多小凹口，以在垂直于金屬膜表面的方向上對準(zhǔn)它們。
然而，這些方法有如下缺點。在日本專利公開No.2000-208026中公開的方法需要用于對準(zhǔn)的復(fù)雜的生產(chǎn)步驟。而且，為了使用用于FED電子源的對準(zhǔn)的碳納米管，該方法需要附加步驟以將對準(zhǔn)的碳納米管排列成矩陣，因此增加了生產(chǎn)步驟的數(shù)目。
日本專利公開No.2001-93404、2001-195972和2003-197131的方法限制各電子發(fā)射體的小型化，因為在這些方法中，在垂直于襯底的方向上對準(zhǔn)碳納米管，以便排列成矩陣。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于容易地對準(zhǔn)針狀物的方法，以及其中將針狀物對準(zhǔn)的對準(zhǔn)單元。在該方法中，通過將針狀物置于形成在襯底中的凹槽內(nèi)，在凹槽的縱向上對準(zhǔn)針狀物。
從下述參考附圖對優(yōu)選實施例的描述，本發(fā)明另外的目的、特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


圖1A至1D是表示根據(jù)第一實施例的用于在襯底上對準(zhǔn)碳納米管的方法的步驟示意圖；圖2A至2D是表示用于從根據(jù)第一實施例的對準(zhǔn)方法中制備的對準(zhǔn)單元形成矩陣電極的過程的步驟示意圖；圖3是表示根據(jù)第二實施例的用于在襯底上對準(zhǔn)碳納米管的方法的步驟示意圖；圖4A至4D是表示用于從根據(jù)第二實施例的對準(zhǔn)方法中制備的對準(zhǔn)單元形成線電極的過程的步驟示意圖；圖5是線電極的局部放大圖；圖6是已知MOS晶體管的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。
第一實施例本實施例采用碳納米管作為針狀物的代表。首先將描述用于對準(zhǔn)碳納米管的方法，并且然后將描述用于將對準(zhǔn)的碳納米管排列成矩陣的過程。
1.用于對準(zhǔn)碳納米管的方法現(xiàn)在將參考圖1A至1D描述用于在襯底上對準(zhǔn)碳納米管的方法。
圖1A中所示的襯底1具有形成在其表面的多個凹槽2。襯底1的材料并不特別地限定，并且襯底1可以由絕緣材料組成，例如陶瓷或樹脂，或由半導(dǎo)電或?qū)щ姷牟牧辖M成，例如硅片或金屬。而且，襯底1可以包括覆蓋有氧化層的硅，例如SiO2膜。只要在襯底1的表面確保平整度，任何材料都可以構(gòu)成襯底1。
凹槽2具有其頂點指向下的V字形橫截面，并且以預(yù)定間隔彼此充分平行地形成在襯底1中。凹槽2用于對準(zhǔn)碳納米管4。如后面所述，沿凹槽2的側(cè)壁2a將碳納米管4置于凹槽2中，由此對準(zhǔn)。因此，設(shè)置凹槽2的開口寬度w大于碳納米管4的直徑，以便碳納米管4可以置于凹槽2中。而且，為了使碳納米管4沿凹槽2的側(cè)壁2a平放，設(shè)置寬度w小于碳納米管4的長度。
盡管作為例子，圖1A至1D說明了V字形凹槽，但只要使得碳納米管4對準(zhǔn)，凹槽2可以具有任何形狀。例如，凹槽2的橫截面可以是長方形、梯形、半圓形或半橢圓形的。由于在本實施例中凹槽2的橫截面是V字形，所以沿凹槽2的側(cè)壁2a對準(zhǔn)碳納米管4。但是，如果例如截面是長方形，可以沿凹槽2的底部對準(zhǔn)碳納米管4。換句話說，只要沿凹槽2的內(nèi)壁能夠?qū)?zhǔn)碳納米管4，凹槽2可以具有任何形狀。
本實施例中可用的碳納米管4，優(yōu)選地具有在幾納米到幾十納米之間范圍內(nèi)的直徑以及在幾微米到幾十微米之間范圍內(nèi)的長度尺寸。本發(fā)明使用具有20nm的直徑和20μm的長度的碳納米管。因此，設(shè)置凹槽2的寬度w少于碳納米管的長度20μm是足夠的。然而，從提高對準(zhǔn)性能的觀點看，優(yōu)選寬度w為碳納米管4的直徑的幾十倍，并且凹槽2的長度L為碳納米管4的長度的大約1.2倍。在本實施例中，凹槽2具有500nm的寬度w和25μm的長度L。凹槽2的長度L仍然可以更長，因為根據(jù)對準(zhǔn)之后的應(yīng)用，它可以被切割。對于FED電子源，凹槽2優(yōu)選具有約500nm的寬度w和約1mm的長度L。盡管本實施例說明了具有長度L小于襯底1縱向長度的凹槽2，但長度L可以與襯底1的縱向長度相同。
凹槽2可以通過具有波長短于或等于可見光波長的離子束、電子束或光束形成，或通過摩擦形成。如果襯底1是硅片，凹槽2可以通過干法刻蝕或各向異性刻蝕形成。襯底1放于平臺8上。
圖1B表示將分散在膠3中的碳納米管4用涂刷器5置于凹槽2中的步驟。
在本實施例中作為分散介質(zhì)的膠3是導(dǎo)電的。例如，在本實施例的MOS晶體管的應(yīng)用中，優(yōu)選導(dǎo)電膠用作分散介質(zhì)。然而，膠3并不限于是導(dǎo)電的，而且可以是絕緣的。絕緣分散媒介包括樹脂膠和具有相對低的粘度的材料例如溶劑。
涂刷器5掃過膠3以將碳納米管4置于凹槽2中所在的方向并不特別地限定，但在圖1B中所示的雙箭頭A所指定的方向上往復(fù)運(yùn)動是最有效的。這個方向減少了沒有在凹槽2中對準(zhǔn)的留在襯底1的表面1a上的碳納米管4的數(shù)目。
圖1C表示用涂刷器5刮擦殘留在襯底1的表面1a上的碳納米管4的步驟。在這個步驟中刮擦的碳納米管4在圖1B中所示的步驟中再度利用。
圖1D是通過將碳納米管4沿凹槽2的側(cè)壁2a放置在凹槽2中以在凹槽2的縱向上對準(zhǔn)它們，因而制備得到的對準(zhǔn)單元6的透視圖。這里優(yōu)選加熱膠3以除去溶劑。更優(yōu)選地，重復(fù)涂包含碳納米管4的膠3(圖1B)、刮擦碳納米管4(圖1C)和加熱膠3的步驟序列，以便能夠?qū)⑻技{米管4緊密地置于凹槽2中?？梢栽谝r底1上用例如包含在支撐襯底1的平臺8中的加熱器或外部加熱裝置執(zhí)行加熱。
本發(fā)明的方法中所需要的僅是將碳納米管置于形成在襯底中的凹槽中。因而，通過該方法可以容易地對準(zhǔn)碳納米管。另外，本發(fā)明的方法允許重復(fù)利用殘留在襯底上的碳納米管，并且因而防止碳納米管的浪費，而在已知的技術(shù)中，難以重復(fù)利用殘留的或未對準(zhǔn)的碳納米管。
為了制造FED電子源，將多個對準(zhǔn)單元6平放在彼此的頂部上，以便碳納米管排列成矩陣。隨后將描述用于制造FED電子源的這個過程。
在通過本發(fā)明的方法，制造使用碳納米管的MOS晶體管的過程中，襯底1包括覆蓋有SiO2膜的硅。在這種情況下，在SiO2膜上必須彼此平行地對準(zhǔn)長度某種程度上一致的碳納米管4，以及必須對準(zhǔn)碳納米管縱向上的端部。在這種情形下，優(yōu)選凹槽2的長度某種程度上大于(例如，長1.2倍)碳納米管4的長度。因此，不僅沿凹槽2的側(cè)壁2a，而且在凹槽2的端部2b(見圖1A)，對準(zhǔn)置于凹槽2中的碳納米管4。
通過干法刻蝕可以在SiO2膜的表面形成凹槽2。在通過與上述相同的方法將碳納米管4置于凹槽2制備對準(zhǔn)單元6之后，通過光刻或噴墨在對準(zhǔn)單元6設(shè)有源電極、漏電極和柵電極。從而，完成使用碳納米管4的MOS晶體管。
2.用于制造矩陣電極的過程現(xiàn)在將借助于圖2A至2D，描述用于從上述對準(zhǔn)方法中制備的對準(zhǔn)碳納米管單元或?qū)?zhǔn)單元6制造矩陣電極以便用作FED電子源的過程。
圖2A表示包括在四個凹槽2中對準(zhǔn)的碳納米管4的對準(zhǔn)單元6疊置在具有相同結(jié)構(gòu)的另一個對準(zhǔn)單元6上。將多個對準(zhǔn)單元6平放在彼此的頂部上，以便凹槽2在同一方向上延伸。通過根據(jù)襯底1的材料適當(dāng)選擇的合適技術(shù)，將對準(zhǔn)單元6彼此鍵合在一起。對于陶瓷或硅組成的襯底，如本實施例，利用環(huán)氧粘合劑或表面活化鍵合，使得對準(zhǔn)單元6在室溫下粘著。對于硅襯底，通過高溫下的硅鍵合可以鍵合對準(zhǔn)單元6。為了精確地鍵合對準(zhǔn)單元6，使用粘合劑是不適合的，而使用活化鍵合和硅鍵合是適合的。
在如上述疊置希望數(shù)目的對準(zhǔn)單元6之后，不具有凹槽的襯底1布置并鍵合在對準(zhǔn)單元6的頂部上，如圖2B中所示。從而，制備了對準(zhǔn)單元6的組合件(composite)6a。圖2B表示其中不具有凹槽的襯底1布置在四個對準(zhǔn)單元6的頂部上的組合件6a。
沿圖2C中所示的切割線15將組合件6a切割成幾塊。以為了形成具有希望尺寸的矩陣電極7的這種間隔，設(shè)置切割線15以便橫切凹槽2。在這種情況下，將切割線15之間的間隔設(shè)置在凹槽長度L之內(nèi)，以便使凹槽2暴露在得到的矩陣電極7的端表面7a。
因此，通過制備由每個具有四個凹槽2的四個對準(zhǔn)單元6構(gòu)成的組合件6a的步驟，以及將組合件6a沿切割線15切割成幾塊的步驟，完成矩陣電極7，其每個中凹槽2包括用作電子發(fā)射體(電極)的對準(zhǔn)的碳納米管4，且凹槽2在端表面7a排列成4乘4的矩陣。
組合件6a的切割可以用激光器執(zhí)行。由于對準(zhǔn)單元6彼此緊密地鍵合在一起，所以普通切割機(jī)也是可用的。
在本實施例中，排列凹槽2以便在組合件6a中相同方向上延伸。但是，凹槽2的排列不限于此，而且對準(zhǔn)單元6可以按凹槽2的方向不同這樣的方式疊置。
在本實施例中，通過選擇凹槽2之間的間隔和襯底1的厚度，能夠任意地改變矩陣電極7的電極線之間的間隔，并且能夠細(xì)微而精確地設(shè)置。
第二實施例本實施例將描述用于從對準(zhǔn)的碳納米管形成線電極的方法。
圖3表示將分散在導(dǎo)電膠33中的碳納米管34用涂刷器35置于形成在襯底31中的凹槽32中的步驟。本實施例中的襯底31具有無間隔的連續(xù)鄰近的凹槽。凹槽32按與第一實施例中相同的方式形成，并且不再重復(fù)描述。
現(xiàn)在借助于圖4A至4D，描述用于從如圖3所示制備的對準(zhǔn)單元36制造線電極的方法。
圖4A表示兩個對準(zhǔn)單元36和36′，其表面36b和36b′具有彼此相對的凹槽。將這些單元36和36′疊置以形成組合件36a，如圖4B所示。在這種情況下，布置對準(zhǔn)單元36的凹槽32，以便在其中排列凹槽的列的方向上，從對準(zhǔn)單元36′的凹槽32′移動半個間距。如果通過在溶劑中分散金屬粒子制備導(dǎo)電膠，在圖4B所示的步驟之后優(yōu)選熱處理組合件36a。熱處理使金屬粒子燒結(jié)以提高導(dǎo)電性。
沿圖4C所示的切割線45將組合件36a切割成幾塊，以制備圖4D中所示的線電極39，組合件36a中凹槽32和32′錯開半個間距，且具有凹槽的表面36b和36b′彼此相對。確切地說，通過錯開凹槽32和32′半個間距，在凹槽32和32′中對準(zhǔn)的碳納米管34以三角波形相通，如圖5中所示。因而，完成線電極39，其中每個由在凹槽32和32′的列排列方向以三角波形連續(xù)的對準(zhǔn)的碳納米管34構(gòu)成。線電極39的部分并不限于這種三角波形狀，并且能取決于凹槽32和32′的形狀，可以是長方形、梯形、半圓形或半橢圓形。
盡管已經(jīng)參考目前所考慮到的優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并不限于所公開的實施例。相反，本發(fā)明可以覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)的各種修改和等同布置。以下權(quán)利要求的范圍將給予最廣泛解釋，以便包含所有這種修改和等同結(jié)構(gòu)及功能。
權(quán)利要求
1.一種對準(zhǔn)單元，包括具有至少一個凹槽的襯底；以及與所述襯底的表面平行地沿所述凹槽的長度方向?qū)?zhǔn)的碳納米管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對準(zhǔn)單元，其中所述凹槽的長度大于所述碳納米管的長度，以及所述凹槽的寬度大于所述碳納米管的直徑并小于所述碳納米管的長度。
3.一種裝置，包括多個對準(zhǔn)單元，每個對準(zhǔn)單元包括具有多個彼此基本平行延伸的凹槽的襯底，以及與所述襯底的表面平行地沿所述凹槽的長度方向?qū)?zhǔn)的碳納米管，所述對準(zhǔn)單元平放在彼此的頂部上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述多個對準(zhǔn)單元的所述凹槽以同一方向延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述凹槽的端部暴露在所述裝置的端表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述襯底中的所述凹槽的列無間隔地連續(xù)排列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述對準(zhǔn)單元以具有所述凹槽的表面彼此相對這樣的方式疊置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述相對的凹槽彼此錯開半個間距。
9.一種用于對準(zhǔn)針狀物的方法，包括制備具有至少一個凹槽的襯底的制備步驟；以及將分散在分散介質(zhì)中的針狀物置于所述凹槽中，以便所述針狀物與所述襯底的表面平行地沿所述凹槽的長度方向?qū)?zhǔn)的對準(zhǔn)步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中通過將所述針狀物用涂刷器掃入所述凹槽，執(zhí)行所述對準(zhǔn)步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述對準(zhǔn)步驟之后，刮擦除所述凹槽之外區(qū)域中殘余的所述針狀物的刮擦步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述刮擦步驟包括用所述涂刷器掃過所述襯底的具有所述凹槽的表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括在所述對準(zhǔn)步驟之后，將包含所述針狀物的所述分散介質(zhì)加熱的加熱步驟。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述針狀物是碳納米管。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過將針狀物置于形成在襯底中的凹槽內(nèi)，在凹槽的縱向上容易地對準(zhǔn)針狀物的方法，以及一種包括對準(zhǔn)的針狀物的對準(zhǔn)單元。
文檔編號B82B3/00GK1619750SQ200410090449
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月19日
發(fā)明者鶴岡裕二, 巖田和夫, 神代和浩, 高山秀人, 甕英一, 毛利孝志 申請人:佳能株式會社