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JP2005246507A - Device for arranging material to tip - Google Patents

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JP2005246507A
JP2005246507A JP2004057124A JP2004057124A JP2005246507A JP 2005246507 A JP2005246507 A JP 2005246507A JP 2004057124 A JP2004057124 A JP 2004057124A JP 2004057124 A JP2004057124 A JP 2004057124A JP 2005246507 A JP2005246507 A JP 2005246507A
Authority
JP
Japan
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flat plate
catalyst
tip
contact
emitter
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004057124A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Makoto Okano
誠 岡野
Osamu Kumasaka
治 熊坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pioneer Corp
Original Assignee
Pioneer Electronic Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pioneer Electronic Corp filed Critical Pioneer Electronic Corp
Priority to JP2004057124A priority Critical patent/JP2005246507A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for arranging a material to the tips by which a material is accurately and uniformly arranged to all of the tips of a plurality of protrusions. <P>SOLUTION: A catalyst arranging device 30 is a device for arranging a material constituting the catalyst 3 to all of the tips of a plurality of emitter chips 1 formed to a substrate 2. The substrate 2 and the emitter chips 1 are held by a holding part 4 and maintained at a temperature higher than the melting point of the catalyst 3 by a heater 4a. A drive mechanism 6 is controlled by a controller 9 and accurately changes the distance between the substrate 2 and the catalyst 3 by controlling the holding parts 4, 5 while maintaining a parallel state of the substrate 2 and the catalyst 3. The drive mechanism 6 is moved so that only the tips of the emitter chips 1 are brought into contact with the catalyst 3 and the tips of the emitter chips 1 are quickly separated from the catalyst 3 after the contact. At that time, the catalyst 3 is melted by the contact with the emitter chips 1 whose temperature is set to exceed the melting point of the catalyst 3 by a heater 5. The melted catalyst 3 is transferred only to the tips of the emitter chips 1. Hence, the catalyst 3 is uniformly and accurately arranged to all of the tips of a plurality of the emitter chips 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、複数の先端部に物質を配置する先端部への物質配置装置、及び先端部への物質配置方法に関する。   The present invention relates to a substance arrangement device at a tip part that arranges substances at a plurality of tip parts, and a substance arrangement method at the tip part.

基板の表面に複数形成されたエミッタチップなどの突出部に、触媒などの物質を配置する技術が知られている。エミッタチップに触媒を配置した部分には、プラズマCVD法などを用いることにより選択的にカーボンナノチューブが成長する。   A technique is known in which a substance such as a catalyst is arranged on a plurality of protrusions such as emitter chips formed on the surface of a substrate. Carbon nanotubes are selectively grown on the portion where the catalyst is disposed on the emitter tip by using a plasma CVD method or the like.

上記したエミッタチップに触媒を配置する技術として、例えば非特許文献1には、エミッタチップ全体の表面に触媒を配置し、基板垂直方向に電界をかけながらCVDを行うことで、電界が集中したエミッタチップ先端に選択的なカーボンナノチューブの成長を図るという技術が記載されている。また、非特許文献2には、集束イオンビーム(FIB;Focused Ion Beam)を用いてエミッタチップ上の所望の位置に触媒を配置することで、その位置に選択的にカーボンナノチューブを成長させる技術が記載されている。   As a technique for disposing a catalyst on the emitter chip described above, for example, Non-Patent Document 1 discloses an emitter in which an electric field is concentrated by disposing a catalyst on the entire surface of the emitter chip and performing CVD while applying an electric field in a direction perpendicular to the substrate. A technique for selectively growing carbon nanotubes at the tip of the chip is described. Non-Patent Document 2 discloses a technique for selectively growing a carbon nanotube at a desired position on an emitter chip by using a focused ion beam (FIB). Has been described.

しかしながら、非特許文献1に記載された技術では、電界集中を利用しているため、エミッタチップ以外の一部にごみ等が付着して、カーボンナノチューブの成長が不安定になる場合があった。また、非特許文献2に記載された技術では、集束イオンビームを複数あるエミッタチップの先端部に一つ一つ焦点を合わせるのは困難であり、多くの時間を要する場合があった。   However, since the technique described in Non-Patent Document 1 uses electric field concentration, there is a case where dust or the like adheres to a part other than the emitter tip and the carbon nanotube growth becomes unstable. In the technique described in Non-Patent Document 2, it is difficult to focus the focused ion beam on the tip portions of a plurality of emitter tips one by one, and it may take a lot of time.

Takahito Ono et al., "Electric-field-enhanced growth of carbon nanotubes for scanning probe microscopy", Nanotechnology,13(2002) 62-64Takahito Ono et al., "Electric-field-enhanced growth of carbon nanotubes for scanning probe microscopy", Nanotechnology, 13 (2002) 62-64 D. Ferrrer et al., "Carbon Nanotubes Growth on Nickel Implanted Nanopyramids Array(NPA)", 9th international conference on the formation of semiconductor interfaces, Madrid, September 15-19, 2003D. Ferrrer et al., "Carbon Nanotubes Growth on Nickel Implanted Nanopyramids Array (NPA)", 9th international conference on the formation of semiconductor interfaces, Madrid, September 15-19, 2003

本発明が解決しようとする課題には、上記のようなものが例として挙げられる。本発明は、複数ある突出部の先端部全てに、精度良く均一に物質を配置することが可能な先端部への物質配置装置を提供することを課題とする。   Examples of problems to be solved by the present invention include the above. This invention makes it a subject to provide the substance arrangement | positioning apparatus to the front-end | tip part which can arrange | position a substance accurately and uniformly to all the front-end | tip parts of several protrusion part.

請求項1に記載の発明は、先端部への物質配置装置であって、表面上に、先端部が尖鋭な突出部を複数有する第1の平板を保持する第1保持手段と、前記第1の平板を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第2の平板を、前記第1の平板と平行に対向させて保持する第2の保持手段と、前記第1の平板を、前記第2の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する第1のヒータと、前記突出部の先端部のみを前記第2の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第2の平板から離間させるように、前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との距離を制御する制御手段と、を備えていることを特徴する。   The invention according to claim 1 is an apparatus for disposing a substance on the tip, wherein the first holding means for holding a first flat plate having a plurality of sharp protrusions on the surface, and the first A second holding means for holding a second flat plate formed of a material having a lower melting point than the material constituting the flat plate in parallel with the first flat plate, and the first flat plate, Only the first heater that maintains a temperature equal to or higher than the melting point of the material constituting the second flat plate and the tip of the protruding portion are brought into contact with the second flat plate, and immediately after the contact, the tip of the protruding portion Control means for controlling the distance between the first holding means and the second holding means so as to be separated from the second flat plate.

請求項10に記載の発明は、先端部への物質配置方法であって、表面上に、先端部が尖鋭である突出部を複数有する第1の平板を保持する工程と、前記平面部材を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第2の平板を、前記第1の平板と平行に対向させて保持する工程と、前記第1の平板を、前記第2の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する工程と、前記突出部の先端部のみを前記第2の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第2の平板から離間させるように、前記第1の平板と前記第2の平板との距離を制御する制御工程と、を備えていることを特徴とする。   The invention according to claim 10 is a method of disposing a substance on the tip, and comprises a step of holding a first flat plate having a plurality of protrusions with sharp tips on the surface, and the planar member. A step of holding a second flat plate formed of a material having a lower melting point than the material to be held in parallel with the first flat plate, and a material constituting the second flat plate. Maintaining the temperature at a temperature equal to or higher than the melting point, and contacting only the tip of the protrusion with the second flat plate, and immediately after the contact, the tip of the protrusion is separated from the second flat plate. And a control step of controlling a distance between the first flat plate and the second flat plate.

本発明の好適な実施形態では、先端部への物質配置装置は、表面上に、先端部が尖鋭な突出部を複数有する第1の平板を保持する第1保持手段と、前記第1の平板を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第2の平板を、前記第1の平板と平行に対向させて保持する第2の保持手段と、前記第1の平板を、前記第2の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する第1のヒータと、前記突出部の先端部のみを前記第2の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第2の平板から離間させるように、前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との距離を制御する制御手段と、を備えている。   In a preferred embodiment of the present invention, the device for disposing a substance on the tip portion includes a first holding means for holding a first flat plate having a plurality of sharp protrusions on the surface, and the first flat plate. Second holding means for holding a second flat plate formed of a material having a lower melting point than the material constituting the first flat plate in parallel with the first flat plate, and the first flat plate, the second flat plate. The first heater that maintains a temperature equal to or higher than the melting point of the material constituting the flat plate, and only the tip of the protrusion are brought into contact with the second flat plate, and immediately after the contact, the tip of the protrusion is Control means for controlling a distance between the first holding means and the second holding means so as to be separated from the second flat plate.

上記の先端部への物質配置装置は、第1の平板上に形成された複数の突出部の先端部全てに、第2の平板を構成する物質を一度に配置(以下、「付着」とも呼ぶ)する装置である。第1の平板は第1の保持手段に保持され、第2の平板は第2の保持手段に保持されている。第1の平板及び突出部は、第1のヒータにより第2の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持されている。制御手段は、第1の平板と第2の平板とが平行状態を維持したまま、第1の保持手段と第2の保持手段との距離を精度良く変更する。この制御手段は、第1の平板上に形成された突出部の先端部のみが第2の平板に接触するように移動し、接触後は速やかに突出部の先端部と第2の平板とを離間させる。このとき、第1のヒータにより第2の平板の融点以上にされた突出部の接触によって、第2の平板は溶融する。これにより、溶融した第2の平板を構成する物質は、突出部の先端部のみに移着する。したがって、複数の突出部の先端部全てに、均等に第2の平板を構成する物質を精度良く配置することができる。   In the above-described material placement device on the tip, the material constituting the second flat plate is placed on all the tips of the plurality of protrusions formed on the first flat plate at once (hereinafter also referred to as “attachment”). ). The first flat plate is held by the first holding means, and the second flat plate is held by the second holding means. The first flat plate and the projecting portion are maintained at a temperature equal to or higher than the melting point of the material constituting the second flat plate by the first heater. The control means accurately changes the distance between the first holding means and the second holding means while maintaining the first flat plate and the second flat plate in a parallel state. This control means moves so that only the tip of the protrusion formed on the first flat plate contacts the second flat plate, and immediately after the contact, the tip of the protrusion and the second flat plate are moved. Separate. At this time, the second flat plate is melted by the contact of the projecting portion made higher than the melting point of the second flat plate by the first heater. Thereby, the substance which comprises the fuse | melted 2nd flat plate transfers only to the front-end | tip part of a protrusion part. Therefore, the substance which comprises a 2nd flat plate can be arrange | positioned with sufficient precision to all the front-end | tip parts of a some protrusion part.

上記の先端部への物質配置装置の一態様では、前記第2の平板を、前記第2の平板を構成する材料の融点未満の温度に維持する第2のヒータを備えている。第2の平板は、第2のヒータによりその融点未満の温度に維持されているので、固体状態を保っている。このような状態の第2の平板に、上記の突起部を接触させることにより、無駄に第2の平板が溶融又は昇華することがないので、突出部の先端部以外の箇所に第2の平板を構成する物質が配置されることがない。   In one aspect of the substance disposing device at the tip, the second flat plate is provided with a second heater that maintains a temperature lower than the melting point of the material constituting the second flat plate. Since the second flat plate is maintained at a temperature lower than its melting point by the second heater, it maintains a solid state. Since the second flat plate is not unnecessarily melted or sublimated by bringing the protrusions into contact with the second flat plate in such a state, the second flat plate is not provided at the tip of the protruding portion. The substance which comprises is not arrange | positioned.

上記の先端部への物質配置装置の他の一態様では、前記第2の保持手段は平坦面を有し、前記第2の平板は前記平坦層上に配置され、膜厚が前記第1の平板に接触する領域において一定な薄膜である。第2の保持手段は、第1の平板と対向する面が平坦である平坦面を有している。また、第2の平板は、膜厚が第1の平板に接触する領域において一定な薄膜である。この場合、突出部の先端部が第2の平板と接触すると同時に、突出部の先端部は平坦面にも接触することになる。即ち、突出部が平坦面に接触してしまっても、突出部の先端部のみが第2の平板に接触していることになる。従って、突出部が平坦面に接触したところで、制御手段による第1の平板と第2の平板との距離の変更を停止すればよいので、第1の平板と第2の平板との距離の制御が容易になる。即ち、制御手段は、第2の平板と突出部の距離を精度良くコントロールする必要がない。
上記の先端部への物質配置装置の他の一態様では、前記突出部と前記第2の平板との間の空間を、不活性ガスの高圧雰囲気に維持する手段を備える。これにより、突出部の接触時の熱又は第1の平板の熱(輻射熱も含む)などにより第2の平板が昇華し、昇華した第2の平板が突出部の先端部以外の場所に凝固することを防止することができる。また、突出部への第2の平板の配置の際の一連の工程において、第2の平板や突出部の酸化も防止することができる。
In another aspect of the device for arranging a substance on the tip, the second holding means has a flat surface, the second flat plate is arranged on the flat layer, and the film thickness is the first thickness. The thin film is constant in the region in contact with the flat plate. The second holding means has a flat surface with a flat surface facing the first flat plate. Further, the second flat plate is a thin film having a constant thickness in a region in contact with the first flat plate. In this case, the tip of the protrusion comes into contact with the second flat plate, and at the same time, the tip of the protrusion comes into contact with the flat surface. That is, even if the protruding portion comes into contact with the flat surface, only the tip of the protruding portion is in contact with the second flat plate. Therefore, since the change of the distance between the first flat plate and the second flat plate by the control means may be stopped when the projecting portion comes into contact with the flat surface, the distance between the first flat plate and the second flat plate is controlled. Becomes easier. That is, the control means does not need to accurately control the distance between the second flat plate and the protruding portion.
In another aspect of the device for disposing a substance on the tip, the space between the protruding portion and the second flat plate is maintained in a high-pressure atmosphere of an inert gas. Thereby, the second flat plate is sublimated by heat at the time of contact of the protruding portion or heat of the first flat plate (including radiation heat), and the sublimated second flat plate is solidified at a place other than the tip portion of the protruding portion. This can be prevented. Further, oxidation of the second flat plate and the protruding portion can be prevented in a series of steps when the second flat plate is arranged on the protruding portion.

上記の先端部への物質配置装置の他の一態様では、前記突出部と前記第2の平板との間の空間に、不活性ガスを流入させる手段を備える。これによっても、突出部の接触時の熱又は第1の平板の熱(輻射熱も含む)により第2の平板が昇華し、昇華した第2の平板が突出部の先端部以外の場所に凝固することを防止することができる。また、突出部への第2の平板の配置の際の一連の工程において、第2の平板や突出部の酸化も防止することができる。更に、この場合、高圧の不活性ガスを予め作成し、装置内にフローすればよいため、装置内を不活性ガスの高圧雰囲気に維持するための装置を別途設ける必要はない。   In another aspect of the device for disposing a substance on the tip portion, a device for allowing an inert gas to flow into a space between the protruding portion and the second flat plate is provided. Also by this, the second flat plate is sublimated by the heat at the time of contact of the protruding portion or the heat of the first flat plate (including radiant heat), and the sublimated second flat plate is solidified at a place other than the tip portion of the protruding portion. This can be prevented. Further, oxidation of the second flat plate and the protruding portion can be prevented in a series of steps when the second flat plate is arranged on the protruding portion. Furthermore, in this case, since a high-pressure inert gas may be prepared in advance and flowed into the apparatus, it is not necessary to separately provide an apparatus for maintaining the inside of the apparatus in a high-pressure atmosphere of inert gas.

上記の先端部への物質配置装置において、好適には、前記第1のヒータは、前記第1の平板の温度が前記第2の平板の融点を所定温度の範囲内に維持する。こうするのは、第1の平板の温度が高いほど短時間で突出部に第2の平板を構成する物質を配置する処理が終了するが、温度が高すぎることで第2の平板への輻射熱などによって第2の平板の昇華を誘発する場合があるからである。   In the substance disposing apparatus at the tip portion, preferably, in the first heater, the temperature of the first flat plate maintains the melting point of the second flat plate within a predetermined temperature range. This is because, as the temperature of the first flat plate is higher, the process of arranging the material constituting the second flat plate in the projecting portion is completed in a shorter time, but the radiant heat to the second flat plate is caused by the temperature being too high. This is because the sublimation of the second flat plate may be induced by, for example.

更に、好適には、前記制御手段は、前記突出部と前記第2の平板との接触している時間が所定時間となるように、前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との接触時間を制御する。これにより、突出部は所定時間の間のみ第2の平板と接触するので、突出部の熱により第2の平板が多量に溶解又は昇華することがない。これによって、突出部の先端部以外の場所に第2の平板を構成する物質が付着することを防止することができる。   Further preferably, the control means includes the first holding means and the second holding means so that a time during which the projecting portion and the second flat plate are in contact with each other is a predetermined time. Control the contact time. Thereby, since a protrusion part contacts a 2nd flat plate only for predetermined time, a 2nd flat plate does not melt | dissolve or sublime a lot by the heat | fever of a protrusion part. Thereby, it is possible to prevent the substance constituting the second flat plate from adhering to a place other than the tip of the protrusion.

更に、好適には、前記第1の平板又は前記突出部と、前記第2の平板との距離を取得する距離取得手段と、前記突出部と前記第2の平板との、接触時における圧力を取得する圧力取得手段と、を有し、前記制御手段は、前記距離と前記圧力に基づいて前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との距離を制御する。制御手段が複数の距離取得手段と圧力取得手段からの取得情報に基づいて第1の平板と第2の平板との距離を制御することにより、複数の突出部の先端部を精度良く第2の平板に接触させることができる。よって、複数の突出部の先端部全てに均一に第2の平板を構成する物質を配置することが可能となる。   Further preferably, the pressure at the time of contact between the first flat plate or the protruding portion and the distance acquisition means for acquiring the distance between the second flat plate and the protruding portion and the second flat plate is preferably set. Pressure acquiring means for acquiring, and the control means controls the distance between the first holding means and the second holding means based on the distance and the pressure. The control means controls the distance between the first flat plate and the second flat plate based on the information acquired from the plurality of distance acquisition means and the pressure acquisition means, so that the leading ends of the plurality of protrusions can be accurately second. A flat plate can be contacted. Therefore, it becomes possible to arrange | position the substance which comprises a 2nd flat plate uniformly to all the front-end | tip parts of a some protrusion part.

更に、好適には、前記第1の平板は基板であり、前記突出部はエミッタチップであり、前記第2の平板は触媒であり、前記先端部への物質配置装置は、前記エミッタチップの先端部に前記触媒を配置する。先端部への物質配置装置は、複数の微細なエミッタチップの先端部全てに、精度良く且つ均等に触媒を配置する触媒配置装置とすることができる。微細なエミッタチップの先端部に配置された触媒からは、精度良くカーボンナノチューブなどを選択的に成長させることができる。   Further preferably, the first flat plate is a substrate, the projecting portion is an emitter tip, the second flat plate is a catalyst, and the substance arranging device on the tip portion is a tip of the emitter tip. The catalyst is disposed in the part. The substance placement device at the tip can be a catalyst placement device that places the catalyst accurately and evenly at all the tips of the plurality of fine emitter chips. Carbon nanotubes and the like can be selectively grown with high accuracy from the catalyst disposed at the tip of the fine emitter tip.

本発明の他の観点では、先端部への物質配置方法は、表面上に、先端部が尖鋭である突出部を複数有する第1の平板を保持する工程と、前記平面部材を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第2の平板を、前記第1の平板と平行に対向させて保持する工程と、前記第1の平板を、前記第2の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する工程と、前記突出部の先端部のみを前記第2の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第2の平板から離間させるように、前記第1の平板と前記第2の平板との距離を制御する制御工程と、を備えている。このような先端部への物質配置方法でも、上記したように、複数の突出部の先端部全てに均等に、第2の平板を構成する物質を精度良く配置することができる。   In another aspect of the present invention, the method of disposing a substance on the tip includes a step of holding a first flat plate having a plurality of protrusions with sharp tips on the surface, and a material constituting the planar member. A step of holding a second flat plate formed of a material having a low melting point so as to face the first flat plate in parallel with the first flat plate, and a melting point of the material constituting the second flat plate. Maintaining the temperature of the first and second protrusions so that only the tip of the protrusion is in contact with the second flat plate, and immediately after the contact, the tip of the protrusion is separated from the second flat plate. A control step of controlling a distance between the first flat plate and the second flat plate. Even in such a material arrangement method on the tip portion, as described above, the substance constituting the second flat plate can be arranged with high precision evenly on all the tip portions of the plurality of protrusions.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明に係る先端部への物質配置装置の実施例である触媒配置装置30について、図1及び図2を用いて説明する。図1には、本発明の実施例に係る触媒配置装置30の概略構成を示す。   A catalyst placement device 30 which is an embodiment of the material placement device at the tip according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, schematic structure of the catalyst arrangement | positioning apparatus 30 which concerns on the Example of this invention is shown.

触媒配置装置30は、エミッタチップ1が形成された基板2を保持する保持部4と、触媒3を保持する保持部5と、ヒータ4a、5aと、駆動機構6と、温度センサ7、8と、コントローラ9とを備える。   The catalyst arrangement device 30 includes a holding unit 4 that holds the substrate 2 on which the emitter chip 1 is formed, a holding unit 5 that holds the catalyst 3, heaters 4a and 5a, a drive mechanism 6, and temperature sensors 7 and 8. And a controller 9.

基板2は、シリコンなどの材料から構成される基板である。基板2は、触媒配置装置30内で、第1の平板として機能する。また、基板2は、例えば電子放出素子などに適用された場合、電圧を印加される陰極(冷陰極)として機能する。基板2の表面上には複数のエミッタチップ1が作成されている。   The substrate 2 is a substrate made of a material such as silicon. The substrate 2 functions as a first flat plate in the catalyst arrangement device 30. Further, the substrate 2 functions as a cathode (cold cathode) to which a voltage is applied when applied to, for example, an electron-emitting device. A plurality of emitter chips 1 are formed on the surface of the substrate 2.

エミッタチップ1は、基板2上の表面に2次元的(横方向と縦方向)に複数作成されており、略円錐形の形状を有している。エミッタチップ1は、触媒配置装置30内で、第1の平板上に形成された突出部として機能する。エミッタチップ1に用いる材料としては、基板2と同じシリコン(Si)以外に、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、白金(Pt)、チタン(Ti)、クロム(Cr)などを用いることができる。   A plurality of emitter chips 1 are formed on the surface of the substrate 2 two-dimensionally (in the horizontal direction and in the vertical direction) and have a substantially conical shape. The emitter chip 1 functions as a protrusion formed on the first flat plate in the catalyst arrangement device 30. As a material used for the emitter chip 1, besides the same silicon (Si) as the substrate 2, molybdenum (Mo), niobium (Nb), hafnium (Hf), vanadium (V), platinum (Pt), titanium (Ti), Chromium (Cr) or the like can be used.

触媒3は、エミッタチップ1上に配置(以下、「付着」とも呼ぶ)させられる物質である。触媒3は、適当な厚さを有する平板を形成し、その表面は平面度が高くなるように研磨されている。本実施例では、触媒3をエミッタチップ1に配置する際、触媒3と基板2を平行に保ったまま、エミッタチップ1全てを一度に触媒3に接触させる。複数のエミッタチップ1の先端部のみに均一に触媒3を付着させるために、上記したように触媒3の表面が高い平面度になるように研磨されている。   The catalyst 3 is a substance that is disposed on the emitter tip 1 (hereinafter also referred to as “attachment”). The catalyst 3 forms a flat plate having an appropriate thickness, and its surface is polished so as to have high flatness. In this embodiment, when the catalyst 3 is disposed on the emitter chip 1, all the emitter chips 1 are brought into contact with the catalyst 3 at a time while keeping the catalyst 3 and the substrate 2 in parallel. In order to uniformly attach the catalyst 3 only to the tip portions of the plurality of emitter chips 1, the surface of the catalyst 3 is polished so as to have high flatness as described above.

更に、本実施例では、触媒3を熱せられたエミッタチップ1の先端部に接触させることで、エミッタチップ1の熱にて触媒3を溶融させ、エミッタチップ1の先端部のみに触媒3を移着させる。そのため、エミッタチップ1は触媒3の融点以上の温度に維持されている。したがって、触媒3には、エミッタチップ1に用いられている材料の融点よりも低い材料を用いる必要がある。例えば、エミッタチップ1にシリコン(Si)を用いた場合は、その融点は1412℃程度であるので、融点が419℃程度である亜鉛(Zn)を触媒3として用いることができる。また、エミッタチップ1にモリブデン(Mo)を用いた場合は、その融点が2620℃程度であるので、ニッケル(Ni)、鉄(Fe)、コバルト(Co)などを触媒3として用いることができる。このように、触媒3は触媒配置装置30内で、第2の平板として機能する。   Further, in this embodiment, the catalyst 3 is brought into contact with the heated tip of the emitter chip 1 to melt the catalyst 3 by the heat of the emitter chip 1, and the catalyst 3 is transferred only to the tip of the emitter chip 1. Put on. Therefore, the emitter tip 1 is maintained at a temperature equal to or higher than the melting point of the catalyst 3. Therefore, it is necessary to use a material lower than the melting point of the material used for the emitter tip 1 for the catalyst 3. For example, when silicon (Si) is used for the emitter chip 1, the melting point is about 1412 ° C., so that zinc (Zn) having a melting point of about 419 ° C. can be used as the catalyst 3. Further, when molybdenum (Mo) is used for the emitter chip 1, the melting point is about 2620 ° C., so nickel (Ni), iron (Fe), cobalt (Co), or the like can be used as the catalyst 3. Thus, the catalyst 3 functions as a second flat plate in the catalyst placement device 30.

以上のようにして触媒3をエミッタチップ1の先端部に配置することで、プラズマCVD法などの方法にてエミッタチップ1の先端部からカーボンナノチューブを精度良く選択的に成長させることができる。なお、図示しないカーボンナノチューブは、電子放出素子などにて電子を放出する電子線源として機能する。   By disposing the catalyst 3 at the tip of the emitter tip 1 as described above, carbon nanotubes can be selectively grown from the tip of the emitter tip 1 with high accuracy by a method such as plasma CVD. A carbon nanotube (not shown) functions as an electron beam source that emits electrons by an electron-emitting device or the like.

保持部4は基板2を保持する。保持部4には、基板2を保持する面と反対側の面にヒータ4aが設けられている。保持部4は、第1の保持手段として機能する。ヒータ4aは、基板2を熱し、設定されるべき温度に維持する。ヒータ4は、触媒配置装置30内で、第1のヒータとして機能する。なお、ヒータ4は、コントローラ9からの制御信号S15によって駆動される。   The holding unit 4 holds the substrate 2. The holding unit 4 is provided with a heater 4 a on the surface opposite to the surface that holds the substrate 2. The holding unit 4 functions as a first holding unit. The heater 4a heats the substrate 2 and maintains the temperature to be set. The heater 4 functions as a first heater in the catalyst arrangement device 30. The heater 4 is driven by a control signal S15 from the controller 9.

また、保持部5は触媒3を保持する。保持部5には、触媒を保持する面と反対側の面にヒータ5aが設けられている。保持部5は、第2の保持手段として機能する。ヒータ5aは、触媒3を熱し、設定されるべき温度に維持する。ヒータ5aは、触媒配置装置30内で、第2のヒータとして機能する。なお、ヒータ5aは、コントローラ9からの制御信号S16によって駆動される。   The holding unit 5 holds the catalyst 3. The holding unit 5 is provided with a heater 5a on the surface opposite to the surface holding the catalyst. The holding unit 5 functions as a second holding unit. The heater 5a heats the catalyst 3 and maintains the temperature to be set. The heater 5 a functions as a second heater in the catalyst arrangement device 30. The heater 5a is driven by a control signal S16 from the controller 9.

なお、上記のヒータ4a、5aの設定温度については、具体例は後述する。   A specific example of the set temperatures of the heaters 4a and 5a will be described later.

温度センサ7は、ヒータ4a上に設けてあり、ヒータ4aの温度を検出する。温度センサ8は、ヒータ5a上に設けてあり、ヒータ5aの温度を検出する。温度センサ7、8の検出温度に対応する電気信号S11、S12は、コントローラ9に出力される。   The temperature sensor 7 is provided on the heater 4a and detects the temperature of the heater 4a. The temperature sensor 8 is provided on the heater 5a and detects the temperature of the heater 5a. Electrical signals S11 and S12 corresponding to the detected temperatures of the temperature sensors 7 and 8 are output to the controller 9.

駆動機構6は、基板2と触媒3との距離を変更することが可能な装置である。駆動機構6は、保持部4及び5を、図1の矢印51に示すように触媒3に対して垂直に移動することによって、基板2と触媒3との距離を変更する。このとき、駆動機構6は、基板2の面と触媒3の面が平行状態を維持するように、精度良く距離を変更する。なお、駆動機構6は、コントローラ9からの制御信号S13によって駆動される。   The drive mechanism 6 is a device that can change the distance between the substrate 2 and the catalyst 3. The drive mechanism 6 changes the distance between the substrate 2 and the catalyst 3 by moving the holding parts 4 and 5 perpendicularly to the catalyst 3 as indicated by an arrow 51 in FIG. At this time, the drive mechanism 6 changes the distance with high accuracy so that the surface of the substrate 2 and the surface of the catalyst 3 are maintained in a parallel state. The drive mechanism 6 is driven by a control signal S13 from the controller 9.

コントローラ9は、触媒配置装置30において主となって制御を行う。コントローラ9内には、図示しないCPU、ROM、RAM、A/D変換器などにて構成されている。本実施例では、コントローラ9は、ヒータ4a、5aの温度に対応する温度センサ7、8からの出力信号S11、S12に基づいて、ヒータ4a、5a、及び駆動機構6を制御する。具体的には、コントローラ9は、ヒータ4a、5aへ供給する制御信号S15、16によりヒータ4a、5aが設定されるべき温度となるよう制御する。また、コントローラ9は、駆動機構6へ供給する制御信号S13により保持部4と保持部5との距離を制御する。この場合、コントローラ9は、保持部4及び5の距離を制御することにより、基板2(第1の平板)と触媒3(第2の平板)との距離を制御する制御手段として機能する。   The controller 9 mainly performs control in the catalyst arrangement device 30. The controller 9 includes a CPU, ROM, RAM, A / D converter, etc. (not shown). In this embodiment, the controller 9 controls the heaters 4a and 5a and the drive mechanism 6 based on output signals S11 and S12 from the temperature sensors 7 and 8 corresponding to the temperatures of the heaters 4a and 5a. Specifically, the controller 9 controls the heaters 4a and 5a to have a temperature to be set by control signals S15 and S16 supplied to the heaters 4a and 5a. The controller 9 controls the distance between the holding unit 4 and the holding unit 5 by a control signal S13 supplied to the drive mechanism 6. In this case, the controller 9 functions as control means for controlling the distance between the substrate 2 (first flat plate) and the catalyst 3 (second flat plate) by controlling the distance between the holding portions 4 and 5.

次に、エミッタチップ1に触媒3を配置する具体的な方法について、図2を用いて説明する。図2は、それぞれエミッタチップ1及び触媒3の付近の構成要素を抽出して示した図である。   Next, a specific method for arranging the catalyst 3 on the emitter tip 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing extracted components in the vicinity of the emitter tip 1 and the catalyst 3, respectively.

図2(a)に示すように、駆動機構6は、保持部4及び5を制御し、触媒3の面と基板2の面との平行状態を維持しながら、基板2を触媒3の面に垂直方向に移動する。このとき、基板2はヒータ4aにより、触媒3の融点以上の温度に維持されている。また、触媒3はヒータ5aにより、触媒3が融点を超えない程度の温度に維持されている。即ち、触媒3は固体の状態に維持されている。   As shown in FIG. 2A, the drive mechanism 6 controls the holding portions 4 and 5 to maintain the parallel state of the surface of the catalyst 3 and the surface of the substrate 2 while keeping the substrate 2 on the surface of the catalyst 3. Move vertically. At this time, the substrate 2 is maintained at a temperature equal to or higher than the melting point of the catalyst 3 by the heater 4a. Further, the catalyst 3 is maintained at a temperature at which the catalyst 3 does not exceed the melting point by the heater 5a. That is, the catalyst 3 is maintained in a solid state.

図2(b)には、基板2上のエミッタチップ1が触媒3に接触した際の様子を示す。図示のように、エミッタチップ1の先端部のみが触媒3に接触する。このとき、エミッタチップ1の先端部のみが触媒3に接触し、エミッタチップ1が触媒3内に深く挿入されないように、コントローラ9は駆動機構6を制御する。また、コントローラ9は、エミッタチップ1が触媒3と所定時間接触したら、エミッタチップ1を触媒3から離間させるように駆動機構6を制御する。こうするのは、エミッタチップ1と触媒3が長時間接触すると、エミッタチップ1の熱により触媒3が多量に溶解し、エミッタチップ1の先端部以外の場所(基板2も含む)にも付着してしまう場合があるからである。なお、所定時間は、ヒータ4、5が設定されている温度に依存するが、概ね0.1〜10秒の範囲内からコントローラ9により決定される。   FIG. 2B shows a state when the emitter tip 1 on the substrate 2 is in contact with the catalyst 3. As shown, only the tip of the emitter tip 1 contacts the catalyst 3. At this time, the controller 9 controls the drive mechanism 6 so that only the tip of the emitter tip 1 contacts the catalyst 3 and the emitter tip 1 is not inserted deeply into the catalyst 3. Further, the controller 9 controls the drive mechanism 6 so that the emitter tip 1 is separated from the catalyst 3 when the emitter tip 1 contacts the catalyst 3 for a predetermined time. This is because when the emitter tip 1 and the catalyst 3 are in contact with each other for a long time, the catalyst 3 is dissolved in a large amount by the heat of the emitter tip 1 and adheres to a place other than the tip of the emitter tip 1 (including the substrate 2). It is because there is a case where it ends up. The predetermined time depends on the temperature at which the heaters 4 and 5 are set, but is determined by the controller 9 within a range of approximately 0.1 to 10 seconds.

図2(c)には、エミッタチップ1を触媒3に接触した後、基板2を離間させたときの状態を示す図である。図示のように、エミッタチップ1の先端部のみに、符号11で示すように触媒3が配置される。これは、エミッタチップ1はヒータ4により触媒3の融点以上の温度に設定されているため、エミッタチップ1の接触により触媒3が溶融し、触媒3がエミッタチップ1の先端部のみに移着するためである。触媒3は、ヒータ5により融点未満の温度に維持され固体状態を保っているので、触媒3が昇華したり、エミッタチップ1が接触しない部分が溶融したりすることがない。よって、触媒3がエミッタチップ1の先端部以外の場所に付着することはない。また、前述したようにエミッタチップ1は所定時間の間のみ触媒3と接触するので、エミッタチップ1の熱により触媒3が多量に溶解又は昇華することもない。これによっても、エミッタチップ1の先端部以外の場所に触媒3が付着することを防止することができる。更に、触媒3は、平面度が高くなるように作成されており、且つ駆動機構6は基板2と触媒3とが平行状態を維持したまま精度良く基板2を移動させているので、複数のエミッタチップ1の先端部全てに均一に触媒3を配置させることができる。   FIG. 2C is a view showing a state where the substrate 2 is separated after the emitter tip 1 is in contact with the catalyst 3. As shown in the drawing, the catalyst 3 is disposed only at the tip of the emitter tip 1 as indicated by reference numeral 11. This is because the emitter chip 1 is set to a temperature equal to or higher than the melting point of the catalyst 3 by the heater 4, so that the catalyst 3 is melted by the contact of the emitter chip 1 and the catalyst 3 is transferred only to the tip of the emitter chip 1. Because. Since the catalyst 3 is maintained at a temperature lower than the melting point by the heater 5 and is kept in a solid state, the catalyst 3 does not sublime or a portion where the emitter chip 1 does not contact is not melted. Therefore, the catalyst 3 does not adhere to any place other than the tip of the emitter tip 1. Further, as described above, since the emitter tip 1 contacts the catalyst 3 only for a predetermined time, the catalyst 3 is not dissolved or sublimated in a large amount by the heat of the emitter tip 1. This also prevents the catalyst 3 from adhering to a place other than the tip of the emitter tip 1. Further, the catalyst 3 is formed so as to have a high flatness, and the drive mechanism 6 moves the substrate 2 with high accuracy while maintaining the parallel state of the substrate 2 and the catalyst 3. The catalyst 3 can be uniformly arranged on the entire tip of the chip 1.

以上のように、本実施例に係る触媒配置装置30では、エミッタチップ1の先端部のみに精度良く触媒3を配置することができる。また、全てのエミッタチップ1に対して一度の処理にて、触媒3を配置することができる。したがって、エミッタチップ1への触媒3の配置作業を短時間で且つ精度良く行うことができる。   As described above, in the catalyst arrangement device 30 according to the present embodiment, the catalyst 3 can be accurately arranged only at the tip portion of the emitter chip 1. Moreover, the catalyst 3 can be arrange | positioned with one process with respect to all the emitter tips 1. FIG. Therefore, the placement operation of the catalyst 3 on the emitter tip 1 can be performed in a short time and with high accuracy.

なお、基板2はヒータ4によって、触媒3の融点からプラス10℃からプラス100℃程度の温度範囲に維持されることが好ましい。これは、基板2の温度が高いほど短時間でエミッタチップ1への触媒3を配置する処理が終了するが、基板2の温度が高すぎることで触媒3への輻射熱によって触媒3の昇華を誘発する場合があるからである。   The substrate 2 is preferably maintained by the heater 4 within a temperature range of about 10 ° C. to about 100 ° C. from the melting point of the catalyst 3. This is because the process of placing the catalyst 3 on the emitter chip 1 is completed in a shorter time as the temperature of the substrate 2 is higher, but sublimation of the catalyst 3 is induced by radiant heat to the catalyst 3 due to the temperature of the substrate 2 being too high. Because there is a case to do.

また、触媒3はヒータ5によって、室温から触媒3の融点のマイナス100℃程度の温度範囲に維持されることが好ましい。これは、触媒3の温度が高いほうが短時間でエミッタチップ1への触媒3を配置する処理が終了するが、触媒3が融点付近の高温にあると触媒3の昇華が増加して、基板2又はエミッタチップ1の先端部以外の場所に触媒が凝固して付着してしまう場合があるからである。   The catalyst 3 is preferably maintained by the heater 5 in a temperature range from room temperature to about minus 100 ° C. of the melting point of the catalyst 3. This is because the process of placing the catalyst 3 on the emitter chip 1 is completed in a shorter time when the temperature of the catalyst 3 is higher, but if the catalyst 3 is at a high temperature near the melting point, the sublimation of the catalyst 3 increases and the substrate 2 Alternatively, the catalyst may solidify and adhere to a place other than the tip of the emitter tip 1.

次に、エミッタチップ1の先端部に更に精度良く触媒3を配置することが可能な触媒配置装置31について、図3を用いて説明する。図3は、複数のエミッタチップ1の先端部に均一に触媒3を配置するために、新たな構成要素などが付加された触媒配置装置31の概略構成を示す図である。   Next, a catalyst placement device 31 that can place the catalyst 3 more accurately at the tip of the emitter tip 1 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a catalyst arrangement device 31 to which new components and the like are added in order to uniformly arrange the catalyst 3 at the tip portions of the plurality of emitter chips 1.

触媒配置装置31は、保持部4、ヒータ4a、保持部5、ヒータ5a、駆動機構6、温度センサ7、8、コントローラ9、ギャップセンサ12、圧力センサ13を備える。即ち、触媒配置装置31は、前述した触媒配置装置30と、ギャップセンサ12、圧力センサ13を備える点で異なる。   The catalyst arrangement device 31 includes a holding unit 4, a heater 4 a, a holding unit 5, a heater 5 a, a drive mechanism 6, temperature sensors 7 and 8, a controller 9, a gap sensor 12, and a pressure sensor 13. That is, the catalyst arrangement device 31 is different from the catalyst arrangement device 30 described above in that it includes a gap sensor 12 and a pressure sensor 13.

ギャップセンサ12は、基板2と触媒3との間に複数設けられている。ギャップセンサ12は、センサ内に高周波コイルを具備し、センサ電磁界内に対象物が近づいた時、導電体内に発生する渦電流による損失の変化でセンサコイルのインダクタンスなどが変化することを利用して対象物との距離を検出する装置を用いることができる。本実施例に係るギャップセンサ12は、基板2又はエミッタチップ1の先端と、触媒3との距離を検出するために用いる。即ち、ギャップセンサ12は、触媒配置装置31内で距離取得手段として機能する。なお、複数のギャップセンサ12が検出した距離に対応する信号S17は、コントローラ9に出力される。   A plurality of gap sensors 12 are provided between the substrate 2 and the catalyst 3. The gap sensor 12 includes a high-frequency coil in the sensor, and utilizes the fact that the inductance of the sensor coil changes due to a change in loss due to an eddy current generated in the conductor when an object approaches the sensor electromagnetic field. Thus, a device that detects the distance to the object can be used. The gap sensor 12 according to the present embodiment is used to detect the distance between the substrate 2 or the tip of the emitter chip 1 and the catalyst 3. That is, the gap sensor 12 functions as a distance acquisition unit in the catalyst arrangement device 31. A signal S17 corresponding to the distances detected by the plurality of gap sensors 12 is output to the controller 9.

圧力センサ13は、基板2と触媒3との間に複数設けられている。圧力センサ13は高精度に圧力を検出することができる装置であり、様々な原理を利用した装置を用いることができる。本実施例では、圧力センサ13は、エミッタチップ1と触媒3との接触時の、エミッタチップ1と触媒3との圧力を検出する。即ち、圧力センサ13は、触媒配置装置31内で圧力取得手段として機能する。なお、圧力センサ13が検出した圧力に対応する信号S18は、コントローラ9に出力される。   A plurality of pressure sensors 13 are provided between the substrate 2 and the catalyst 3. The pressure sensor 13 is a device that can detect pressure with high accuracy, and devices using various principles can be used. In this embodiment, the pressure sensor 13 detects the pressure between the emitter tip 1 and the catalyst 3 when the emitter tip 1 and the catalyst 3 are in contact with each other. That is, the pressure sensor 13 functions as pressure acquisition means in the catalyst placement device 31. A signal S18 corresponding to the pressure detected by the pressure sensor 13 is output to the controller 9.

コントローラ9は、上記のギャップセンサ12からの出力信号S17と、圧力センサ13からの出力信号S18と、に基づいて基板2と触媒3との距離を制御する。具体的には、コントローラ9は、複数のギャップセンサ12からの出力信号S17から、エミッタチップ1と触媒3との接触時において、エミッタチップ1と触媒3との距離を正確に制御する。更に、コントローラ9は、複数のギャップセンサ12からの出力信号S17から、基板2と触媒3との平行度を管理する。この場合、基板2と触媒3との平行度が悪ければ、駆動機構6の設定を変更したり、触媒3の表面を研磨したりする。一方、コントローラ9は、圧力センサ13からの出力信号S18から、エミッタチップ1と触媒3との接触時の圧力が所定圧力以上にならないように、基板2と触媒3との距離を制御する。   The controller 9 controls the distance between the substrate 2 and the catalyst 3 based on the output signal S17 from the gap sensor 12 and the output signal S18 from the pressure sensor 13. Specifically, the controller 9 accurately controls the distance between the emitter tip 1 and the catalyst 3 from the output signals S17 from the plurality of gap sensors 12 when the emitter tip 1 and the catalyst 3 are in contact with each other. Further, the controller 9 manages the parallelism between the substrate 2 and the catalyst 3 from the output signals S17 from the plurality of gap sensors 12. In this case, if the parallelism between the substrate 2 and the catalyst 3 is poor, the setting of the drive mechanism 6 is changed or the surface of the catalyst 3 is polished. On the other hand, the controller 9 controls the distance between the substrate 2 and the catalyst 3 from the output signal S18 from the pressure sensor 13 so that the pressure at the time of contact between the emitter chip 1 and the catalyst 3 does not exceed a predetermined pressure.

以上のように、コントローラ9が複数のギャップセンサ12と圧力センサ13からの検出信号に基づいて基板2と触媒3との距離を制御することにより、複数のエミッタチップ1の先端部のみに精度良く触媒3を接触させることができるので、複数のエミッタチップ1の先端部全てに均一に触媒3を配置することが可能となる。   As described above, the controller 9 controls the distance between the substrate 2 and the catalyst 3 based on the detection signals from the plurality of gap sensors 12 and the pressure sensors 13, so that only the tip portions of the plurality of emitter chips 1 are accurately obtained. Since the catalyst 3 can be brought into contact with each other, the catalyst 3 can be arranged uniformly on all the tip portions of the plurality of emitter chips 1.

次に、エミッタチップ1の先端部以外の場所に触媒3が付着することを適切に防止する触媒配置方法について、図4を用いて説明する。図4は、エミッタチップ1及び触媒3の付近の構成要素のみを抽出して示した図である。   Next, a catalyst arrangement method for appropriately preventing the catalyst 3 from adhering to a place other than the tip of the emitter tip 1 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a view showing only the components in the vicinity of the emitter tip 1 and the catalyst 3 extracted.

図4(a)は、基板2と触媒3の間の斜線で示した領域15内を不活性ガスの高圧雰囲気にして、エミッタチップ1の先端部へ触媒3を接触させる触媒配置方法について示している。このようにすることにより、エミッタチップ1の接触時の熱又は基板2の熱(輻射熱も含む)により触媒3が昇華し、昇華した触媒がエミッタチップ1の先端部以外の場所に凝固することを防止することができる。また、エミッタチップ1への触媒3の配置の際の一連の工程において、触媒3やエミッタチップ1の酸化も防止することができる。なお、不活性ガスとしては、窒素(N)やアルゴン(Ar)を用いることが好適である。また、高圧とは、上記のような温度において、触媒3を構成する原子の平均自由行程がエミッタチップ1を構成する原子のものより小さくなるような条件を満たす圧力にされることが好適である。 FIG. 4A shows a catalyst arrangement method in which the inside of a region 15 indicated by oblique lines between the substrate 2 and the catalyst 3 is made an inert gas high-pressure atmosphere, and the catalyst 3 is brought into contact with the tip of the emitter chip 1. Yes. By doing so, the catalyst 3 is sublimated by the heat at the time of contact of the emitter chip 1 or the heat of the substrate 2 (including radiant heat), and the sublimated catalyst is solidified in a place other than the tip of the emitter chip 1. Can be prevented. Further, oxidation of the catalyst 3 and the emitter tip 1 can be prevented in a series of steps when the catalyst 3 is arranged on the emitter tip 1. Note that nitrogen (N 2 ) or argon (Ar) is preferably used as the inert gas. The high pressure is preferably set to a pressure that satisfies the condition that the mean free path of the atoms constituting the catalyst 3 is smaller than that of the atoms constituting the emitter tip 1 at the above temperature. .

図4(b)は、基板2と触媒3の間の空間に矢印16で示すように高圧の不活性ガスをフローして、エミッタチップ1の先端部へ触媒3を接触させる触媒配置方法について示している。こうすることにより、エミッタチップ1の接触時の熱又は基板2の熱(輻射熱も含む)により触媒3が昇華した場合、ガスとなった触媒3をフローすることができるため、昇華した触媒3がエミッタチップ1の先端部以外の場所に凝固することを防止することができる。また、前述したように、エミッタチップ1への触媒3の配置の際の一連の工程において、触媒3やエミッタチップ1の酸化も防止することができる。   FIG. 4B shows a catalyst arrangement method in which a high-pressure inert gas flows in the space between the substrate 2 and the catalyst 3 as indicated by an arrow 16 so that the catalyst 3 comes into contact with the tip of the emitter chip 1. ing. In this way, when the catalyst 3 is sublimated by the heat at the time of contact of the emitter chip 1 or the heat of the substrate 2 (including radiant heat), the catalyst 3 that has become gas can flow, so that the sublimated catalyst 3 is Solidification to a place other than the tip of the emitter tip 1 can be prevented. Further, as described above, the oxidation of the catalyst 3 and the emitter tip 1 can be prevented in a series of steps when the catalyst 3 is arranged on the emitter tip 1.

以上のようにすることにより、エミッタチップ1の接触により溶融して昇華した触媒3がエミッタチップ1の先端部以外の場所に付着することを精度良く防止できるため、その後、エミッタチップ1の先端部から精度良くカーボンナノチューブを選択的に成長させることができる。   By doing so, it is possible to prevent the catalyst 3 melted and sublimated by contact with the emitter tip 1 from adhering to a place other than the tip portion of the emitter tip 1 with high accuracy. Therefore, carbon nanotubes can be selectively grown with high accuracy.

[変形例]
次に、本発明に係る触媒配置方法の変形例について図5を用いて説明する。変形例に係る触媒配置方法は、エミッタチップ1に配置する触媒が薄膜を形成している点で前述したものとは大きく異なる。なお、変形例に係る触媒配置方法を実行する触媒配置装置は、前述したものと基本的な構成は同様である。例えば、触媒配置装置の主な制御は、コントローラ9が行う。また、変形例に係る触媒配置装置が備えるエミッタチップ1や基板2や触媒3を構成する材料も前述したものと同様のものを用いる。
[Modification]
Next, a modified example of the catalyst arrangement method according to the present invention will be described with reference to FIG. The catalyst arrangement method according to the modification is greatly different from that described above in that the catalyst arranged on the emitter tip 1 forms a thin film. Note that the basic arrangement of the catalyst arrangement apparatus that executes the catalyst arrangement method according to the modification is the same as that described above. For example, the controller 9 performs the main control of the catalyst placement device. Moreover, the material which comprises the emitter chip 1, the board | substrate 2, and the catalyst 3 with which the catalyst arrangement | positioning apparatus which concerns on a modification is provided uses the thing similar to what was mentioned above.

図5(a)に示すように、触媒18は薄膜を形成し、触媒18よりも高い融点の材料で成るバッファ層20上に配置されている。バッファ層20は、触媒18が高精度の平面度を形成するために保持部5の上に設けてある。保持部5自身が高精度の平面度を有している場合は、バッファ層20を用いない構成を採用してもよい。このときも、基板2はヒータ4aにより、触媒3の融点以上の温度に維持されている。また、触媒18はヒータ5aにより、融点を超えない程度の温度にされて固体の状態が維持されている。   As shown in FIG. 5A, the catalyst 18 forms a thin film and is disposed on the buffer layer 20 made of a material having a melting point higher than that of the catalyst 18. The buffer layer 20 is provided on the holding part 5 so that the catalyst 18 forms a highly accurate flatness. When the holding unit 5 itself has a high degree of flatness, a configuration in which the buffer layer 20 is not used may be employed. Also at this time, the substrate 2 is maintained at a temperature equal to or higher than the melting point of the catalyst 3 by the heater 4a. The catalyst 18 is maintained at a solid state by being heated to a temperature that does not exceed the melting point by the heater 5a.

図5(b)は、基板2上のエミッタチップ1が触媒18に接触した際の状態を示す。図示のように、エミッタチップ1は薄膜の触媒18に接触している。このとき、触媒18が薄膜であるため、エミッタチップ1の先端部が触媒18に接触すると同時に、エミッタチップ1の先端部はバッファ層20にも接触することになる。即ち、エミッタチップ1がバッファ層20に接触してしまっても、エミッタチップ1の先端部のみが触媒3に接触していることになる。これにより、エミッタチップ1がバッファ層20に接触した際に、駆動機構6による基板2の移動を停止すればよいので、コントローラ9による駆動機構6の制御が容易になる。即ち、コントローラ9は、前述したようにエミッタチップ1が触媒の中に深く挿入されないように、エミッタチップ1と触媒との距離を精度良く制御する必要がない。なお、コントローラ9は、エミッタチップ1が触媒18と所定時間接触したら、エミッタチップ1を触媒18から離間させるように、駆動機構6を制御する。   FIG. 5B shows a state when the emitter tip 1 on the substrate 2 is in contact with the catalyst 18. As shown, the emitter tip 1 is in contact with a thin film catalyst 18. At this time, since the catalyst 18 is a thin film, the tip of the emitter tip 1 contacts the catalyst 18, and at the same time, the tip of the emitter tip 1 also contacts the buffer layer 20. That is, even if the emitter chip 1 is in contact with the buffer layer 20, only the tip of the emitter chip 1 is in contact with the catalyst 3. Thereby, when the emitter chip 1 comes into contact with the buffer layer 20, the movement of the substrate 2 by the drive mechanism 6 may be stopped, so that the controller 9 can easily control the drive mechanism 6. That is, the controller 9 does not need to accurately control the distance between the emitter tip 1 and the catalyst so that the emitter tip 1 is not inserted deeply into the catalyst as described above. The controller 9 controls the drive mechanism 6 so that the emitter tip 1 is separated from the catalyst 18 when the emitter tip 1 contacts the catalyst 18 for a predetermined time.

図5(c)は、エミッタチップ1を触媒18に接触した後、基板2を離間させたときの状態を示す図である。図示のように、エミッタチップ1の先端部のみに、符号22で示すように触媒3が配置されていることがわかる。変形例に係る触媒配置方法でも、複数のエミッタチップ1の先端部のみに触媒18を配置することができる。   FIG. 5C is a view showing a state where the substrate 2 is separated after the emitter tip 1 is brought into contact with the catalyst 18. As shown in the figure, it can be seen that the catalyst 3 is disposed only at the tip of the emitter tip 1 as indicated by reference numeral 22. Even in the catalyst arrangement method according to the modification, the catalyst 18 can be arranged only at the tip portions of the plurality of emitter chips 1.

触媒18の薄膜の厚さは、エミッタチップ1に配置すべき触媒18の量に応じて決められる。本変形例では、触媒18の薄膜の厚さ以上の深さまでエミッタチップ1が触媒層に入り込むことがない。よって、本変形例では、触媒18の薄膜の厚さを制御することにより、エミッタチップ1に配置される触媒の量を制御することができる。   The thickness of the thin film of the catalyst 18 is determined according to the amount of the catalyst 18 to be disposed on the emitter chip 1. In this modification, the emitter tip 1 does not enter the catalyst layer to a depth greater than the thickness of the thin film of the catalyst 18. Therefore, in this modification, the amount of the catalyst disposed on the emitter tip 1 can be controlled by controlling the thickness of the thin film of the catalyst 18.

以上のように、変形例に係る触媒18は薄膜を形成していることにより、エミッタチップ1の先端部の触媒18への接触における触媒18とエミッタチップ1との距離の制御を容易に行うことできる。即ち、コントローラ9は、触媒18とエミッタチップ1の距離を精度良くコントロールする必要がないため、触媒配置の為の処理を短時間で行うことが可能となる。   As described above, since the catalyst 18 according to the modified example forms a thin film, the distance between the catalyst 18 and the emitter chip 1 in the contact of the tip of the emitter chip 1 with the catalyst 18 can be easily controlled. it can. That is, the controller 9 does not need to control the distance between the catalyst 18 and the emitter chip 1 with high accuracy, so that the process for arranging the catalyst can be performed in a short time.

なお、変形例に係る触媒配置方法においても、触媒18と基板2との間の空間を不活性ガスの高圧雰囲気にするか、又は触媒18と基板2との間に不活性ガスをフローすることが好適である。   Also in the catalyst arrangement method according to the modification, the space between the catalyst 18 and the substrate 2 is made an inert gas high-pressure atmosphere, or the inert gas flows between the catalyst 18 and the substrate 2. Is preferred.

本発明の物質配置装置は、例えば基板上に形成された複数のエミッタチップの先端部に触媒を配意する触媒配置装置に適用することができる。こうしてエミッタチップに配置された触媒からは、精度良くカーボンナノチューブが選択的に成長する。カーボンナノチューブ及び基板は、低電圧での電子放出が可能な電子線放出素子の構成要素として機能する。但し、本発明の適用は上記の例に限定されるものではない。   The substance arranging device of the present invention can be applied to, for example, a catalyst arranging device in which a catalyst is arranged at the tip portions of a plurality of emitter chips formed on a substrate. Thus, carbon nanotubes selectively grow with high precision from the catalyst arranged on the emitter tip. The carbon nanotube and the substrate function as components of an electron beam emitting device that can emit electrons at a low voltage. However, application of the present invention is not limited to the above example.

本発明の実施例に係る触媒配置装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the catalyst arrangement | positioning apparatus based on the Example of this invention. 本発明に係る触媒配置方法を行う手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure which performs the catalyst arrangement | positioning method concerning this invention. 精度良く触媒を配置するために用いる装置などを付加した触媒配置装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the catalyst arrangement | positioning apparatus which added the apparatus used in order to arrange | position a catalyst accurately. 精度良く触媒を配置するための方法を付加した触媒配置方法を示す図である。It is a figure which shows the catalyst arrangement | positioning method which added the method for arranging a catalyst with sufficient precision. 本発明の変形例に係る触媒配置方法を行う手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure which performs the catalyst arrangement | positioning method which concerns on the modification of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 エミッタチップ
2 基板
3、18 触媒
4、5 保持部
4a、5a ヒータ
6 駆動機構
7、8 温度センサ
9 コントローラ
12 ギャップセンサ
13 圧力センサ
20 バッファ層
30、31 触媒配置装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Emitter chip 2 Board | substrate 3, 18 Catalyst 4, 5 Holding part 4a, 5a Heater 6 Drive mechanism 7, 8 Temperature sensor 9 Controller 12 Gap sensor 13 Pressure sensor 20 Buffer layer 30, 31 Catalyst arrangement apparatus

Claims (10)

表面上に、先端部が尖鋭な突出部を複数有する第1の平板を保持する第1保持手段と、
前記第1の平板を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第2の平板を、前記第1の平板と平行に対向させて保持する第2の保持手段と、
前記第1の平板を、前記第2の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する第1のヒータと、
前記突出部の先端部のみを前記第2の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第2の平板から離間させるように、前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との距離を制御する制御手段と、を備えていることを特徴とする先端部への物質配置装置。
A first holding means for holding a first flat plate having a plurality of protrusions having a sharp tip on the surface;
Second holding means for holding a second flat plate formed of a material having a melting point lower than that of the material constituting the first flat plate, facing the first flat plate in parallel;
A first heater for maintaining the first flat plate at a temperature equal to or higher than the melting point of the material constituting the second flat plate;
Only the tip of the protrusion is brought into contact with the second flat plate, and immediately after the contact, the tip of the protrusion is separated from the second flat plate so as to be separated from the second flat plate. And a control means for controlling the distance from the holding means.
前記第2の平板を、前記第2の平板を構成する材料の融点未満の温度に維持する第2のヒータを備えていることを特徴とする請求項1に記載の先端部への物質配置装置。 2. The substance disposing device at the tip portion according to claim 1, further comprising a second heater that maintains the second flat plate at a temperature lower than a melting point of a material constituting the second flat plate. . 前記第2の保持手段は平坦面を有し、前記第2の平板は前記平坦面上に配置され、膜厚が前記第1の平板に接触する領域において一定な薄膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の先端部への物質配置装置。 The second holding means has a flat surface, the second flat plate is disposed on the flat surface, and the film thickness is a constant thin film in a region in contact with the first flat plate. The substance arrangement device to the tip according to claim 1 or 2. 前記突出部と前記第2の平板との間の空間を、不活性ガスの高圧雰囲気に維持する手段を備えることを特徴とする請求項1及至3のいずれか一項に記載の物質配置装置。 4. The substance arrangement device according to claim 1, further comprising means for maintaining a space between the projecting portion and the second flat plate in a high-pressure atmosphere of an inert gas. 5. 前記突出部と前記第2の平板との間の空間に、高圧の不活性ガスを流入させる手段を備えることを特徴とする請求項1及至3のいずれか一項に記載の物質配置装置。 The substance arranging device according to any one of claims 1 to 3, further comprising means for allowing a high-pressure inert gas to flow into a space between the protruding portion and the second flat plate. 前記第1のヒータは、前記第1の平板の温度が前記第2の平板の融点を所定温度の範囲内に維持することを特徴とする請求項1及至5のいずれか一項に記載の先端部への物質配置装置。 The tip according to any one of claims 1 to 5, wherein the temperature of the first flat plate maintains the melting point of the second flat plate within a predetermined temperature range in the first heater. Material placement device to the department. 前記制御手段は、前記突出部と前記第2の平板とが接触している時間が所定時間となるように、前記第1の保持手段と前記第2の保持手段平板との接触時間を制御することを特徴とする請求項1及至6のいずれか一項に記載の先端部への物質配置装置。 The control means controls a contact time between the first holding means and the second holding means flat plate so that a time during which the protruding portion and the second flat plate are in contact with each other is a predetermined time. The device for arranging a substance on the tip according to any one of claims 1 to 6, 前記第1の平板又は前記突出部と前記第2の平板との距離を取得する距離取得手段と、
前記突出部と前記第2の平板との、接触時における圧力を取得する圧力取得手段と、を有し、
前記制御手段は、前記距離と前記圧力に基づいて前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との距離を制御することを特徴とする請求項1及至7のいずれか一項に記載の先端部への物質配置装置。
Distance acquisition means for acquiring a distance between the first flat plate or the protrusion and the second flat plate;
Pressure acquiring means for acquiring a pressure at the time of contact between the protruding portion and the second flat plate;
8. The control unit according to claim 1, wherein the control unit controls a distance between the first holding unit and the second holding unit based on the distance and the pressure. 9. Material placement device at the tip.
前記第1の平板は基板であり、前記突出部はエミッタチップであり、前記第2の平板は触媒であり、
前記先端部への物質配置装置は、前記エミッタチップの先端部に前記触媒を配置することを特徴とする請求項1至及8のいずれか一項に記載の先端部への物質配置装置。
The first flat plate is a substrate, the protrusion is an emitter tip, the second flat plate is a catalyst,
9. The substance arranging device at the tip part according to claim 1, wherein the substance arranging device at the tip part arranges the catalyst at a tip part of the emitter tip.
表面上に、先端部が尖鋭である突出部を複数有する第1の平板を保持する工程と、
前記平面部材を構成する材料よりも融点の低い材料で形成された第2の平板を、前記第1の平板と平行に対向させて保持する工程と、
前記第1の平板を、前記第2の平板を構成する材料の融点以上の温度に維持する工程と、
前記突出部の先端部のみを前記第2の平板に接触させ、前記接触後は直ちに前記突出部の先端部を前記第2の平板から離間させるように、前記第1の平板と前記第2の平板との距離を制御する制御工程と、を備えていることを特徴とする先端部への物質配置方法。
On the surface, holding the first flat plate having a plurality of protrusions having a sharp tip,
Holding a second flat plate formed of a material having a melting point lower than that of the material constituting the planar member, facing the first flat plate in parallel, and
Maintaining the first flat plate at a temperature equal to or higher than the melting point of the material constituting the second flat plate;
Only the tip of the protrusion is brought into contact with the second flat plate, and immediately after the contact, the tip of the protrusion is separated from the second flat plate immediately after the contact. And a control step for controlling the distance from the flat plate.
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