WO1995023424A1 - Feldemissionskathodeneinrichtung und verfahren zur herstellung - Google Patents

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WO1995023424A1
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Hubert Grosse-Wilde
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Till Keesmann
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Definitions

  • the invention relates to a field emission cathode device and method for its production.
  • Field emission is the term given to the emergence of electrons from the surface of an electrical conductor under the effect of an electrical field of more than 10 ⁇ V / m. In practice, such field strengths are realized on sharp edges or peaks, at which field strength increases occur, high vacuum being necessary to avoid gas discharges.
  • field emission cathodes are used, for example in the field electron microscope, in electron accelerators, in high-performance circuit breakers (OS DE 39 24 745 AI) and in field emission diodes and field emitter arrays for vacuum microelectronics (for example Busta, Vacuum microelectronics 1992, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2 (1992), pp. 53-60 and Iannazzo, A Survey of the present Status of vacuum icroelectronics, Solid State Electronics,
  • a tungsten wire can be used as the field emission cathode, the tip of which becomes so fine by etching that it can no longer be seen in the light microscope. Also by etching, carbon fibers can be made sufficiently fine at the ends (Heinrich, Essig, Geiger, Appl. Phys. (1977) 12 pp. 197 - 202) to serve as a field emission cathode.
  • the field emission cathodes are generally processed using the processes of microprocessing technology Etching and vapor deposition using lithographically produced masks (see Busta, Vacuum microelectronics-1992, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2 (1992), pp. 53-60). In this way, conical tips with a radius of curvature of a few nm or wedge-shaped cutting edges with a comparable radius of curvature can be produced.
  • the material for the cathode is, for example, molybdenum, lanthanum hexaboride, hafnium, diamond-like carbon (BC Djubua, NN Chubun, Emission properties of Spindt-Type Cold Cathodes with Different Emission Cone Material, IEEE Transactions on Electron Devices, 38 (1991 ) No. 10, pp. 2314-2316).
  • a disadvantage of the use of tips and edges which are produced by the known methods is that the electron current decreases with the operating time, since the tips or edges are destroyed by positive ions of the inevitable residual gas in the system.
  • the geometry and microstructure of the tip and thus the work function of the electrons can vary within such large limits that the electron current of several tips which are produced in one process differs by tens of potencies and this also changes with the operating time.
  • Single-shell carbon nanotubes can be produced in the presence of iron or cobalt.
  • Theoretical calculations show that, depending on the helicity of the hexagonal ring structure of the walls, the carbon nanotubes are electrically conductive or semiconductive (Saito, Fujita, Dresselhaus, Dresselhaus, Materials Science and Engineering, B19 (1993) 185-191).
  • the carbon nanotubes can also be filled with metals, such as lead.
  • Carbon nanotubes can be produced by catalytic decomposition of acetylene over iron particles at approximately 700 ° C. (Jose-Yacaman, Miki. -Yoshida, Rendon, Applied Physics Letters 62 (6) 1993, pp 657-659). In the presence of methane, argon and iron vapor, single-shell carbon nanotubes can be found in the soot deposit on the chamber walls of an arc apparatus (Iijima, Nature 363 (1993) pp. 603-605).
  • carbon nanotubes By evaporating high-purity graphite with electron beams in a vacuum, carbon nanotubes can be produced on substrates made of different materials, the carbon nanotubes being oriented in the direction of the steam jet (Kosakovskaya et al., JETP Lett., 56 (1992) 26) .
  • carbon nanotubes In addition to the carbon nanotubes, generally disordered carbon particles are also deposited on the substrate. These can be done, for example, by treatment in an oxidizing atmosphere at an elevated temperature of up to 500 ° C. preferably 400 ° C, are removed. In the same way, the carbon nanotubes can be opened in the oxidizing atmosphere (air, CO2 or pure oxygen) at the end caps. This offers the possibility of filling the carbon nanotubes with metals, as described by Ajayan et al. Iijima in Nature 361, p. 333 for the filling with lead is described.
  • the present invention is based on the object or the technical problem of specifying a method for producing a field emission cathode device of the type mentioned at the outset which ensures technically optimal production and can be used economically.
  • the field emission cathode device according to the invention is given by the features of claim 1.
  • the inventive method for producing the field emission cathode device is given by the features of claim 9.
  • Advantageous refinements and developments are the subject of the subclaims.
  • the field emission cathode device according to the invention is accordingly characterized in that the electron-emitting part of the field emission cathode at least partially preferably has tubular cage molecules and / or connections with cage molecules and / or tubular atomic networks, optionally with end caps with diameter dimensions in the nanometer range .
  • the tubular atomic networks can be provided with end caps made of carbon and / or boron and / or nitrogen atoms, which have openings.
  • a particularly preferred embodiment of the field emission cathode device according to the invention is characterized in that carbon nanotubes are used as field emission cathodes.
  • Carbon nanotubes can be made single-shell with a diameter of approx. 1 nanometer and lengths of over 1 micrometer or multi-shell with up to a few nanometers in diameter. Bundles of single-shell carbon nanotubes with diameters of about 5 nanometers can also be produced.
  • the walls of the carbon nanotubes consist of carbon atoms in a hexagonal arrangement, while the end caps additionally contain five-ring structures.
  • the individual carbon atoms of the carbon nanotubes are chemically strongly bound, as a result of which the carbon nanotubes have an extremely high mechanical strength. This also results in the high sputter resistance in comparison to the randomly grown tips, which are vapor-deposited according to the state of the art.
  • the use of the carbon nanotubes known per se as a field emission cathode thus combines the advantage of an optimal geometry with the high strength, which ensures that the emission properties of such field emission cathodes do not change during operation, in contrast to the cathode tips previously used .
  • the known methods for the production of such arrangements must be modified according to the invention in such a way that carbon nanotubes grow at suitably prepared locations on a substrate.
  • the manufacturing process can be used to manufacture both individual field emission cathodes and field emission cathode arrays.
  • FIG. 1 shows a single field emission element of a field emitter array, as can be produced according to the prior art
  • Fig. 2 shows the same element after the first invention
  • Process step to provide the emission tip with carbon nanotubes 3 shows the same element after the vapor deposition of carbon
  • FIG 8 shows a diode for power pulse technology with a field emission cathode prepared according to the invention.
  • field emission cathodes can be produced from carbon nanotubes, which serve, for example, as cathodes for diodes or switches.
  • a second example explains how field emission cathodes for a field emitter array can be produced using methods of microstructure technology.
  • FIG. 6 shows such a graphite plate 100 with a cutting edge 101 that is beveled on one side.
  • FIG. 7 shows how ten These graphite flakes 100a to 100j are combined in a clamping device 103 to form a block such that the cutting edges 101a to 100j lie on one side of the block in one plane and an aluminum foil or egg between the graphite flakes as spacers 102a to 102j ne Teflon film.
  • the clamping device consists of two brass blocks into which recesses for the ten graphite plates with the spacer foils are milled. The blocks are screwed together using two screws 104.
  • the prepared block is installed in a vacuum apparatus in which a target made of high-purity graphite is vaporized with an electron beam.
  • the graphite target and the block are arranged so that the carbon vapor strikes the plane with the graphite cutting edges perpendicularly. Under these conditions, carbon nanotubes grow individually and in bundles of several tubes on the cutting edges in the direction of the carbon vapor jet. After a layer thickness of a few tenths of a micrometer has been reached, the evaporation process is ended.
  • the cutting edges and the bevelled surfaces of the graphite flakes are now coated with carbon nanotubes, which have an extraordinarily high mechanical strength.
  • the microstructure of the surface is characterized by tubular elevations with sharp tips that have a radius of curvature of a few nanometers.
  • FIG. 8 shows how a graphite plate prepared in this way can be used in a diode serving as a switching element.
  • a large-area anode 112 and a cathode pin 111 are melted into an evacuated glass bulb 110.
  • the graphite plate 100 is fastened on the cathode pin with the cutting edge 101 in such a way that it faces the anode at a distance of approximately 1 mm.
  • a sufficiently high negative voltage is applied to the cathode, an electrical current can flow through the diode.
  • several cutting edges can be used as the cathode instead of a single cutting edge.
  • cutting edges are distinguished by the fact that, in contrast to cutting edges without carbon nanotubes, they have a significantly larger elevation of the electric field, which manifests itself in the fact that the field emission current is greater at the same voltage.
  • the emission peaks are not destroyed by ions of the residual gas after a short operating time.
  • the production process described can be easily transferred to a larger number of graphite flakes with a longer cutting edge.
  • the edge angle and the spacing of the cutting edges from one another can also be varied within wide limits.
  • a field emission cathode is thus presented, the electron-emitting surface and current density of which can be adapted to many applications, for example in power pulse technology.
  • an array of field emitter cathodes and gate electrodes made of molybdenum is produced on a doped silicon substrate using the methods of silicon process technology, as described, for example, in the article Spindt et al. , J. Appl. Physics 47 (1976), p. 5248ff is described (see also Busta loc. Cit. And Iannazzo loc. Cit.). 1 shows a field emitter cathode with a gate electrode.
  • 10 denotes the electrically conductive, n-doped silicon substrate
  • 11 denotes an approximately 2 ⁇ m thick vapor-deposited insulating layer made of SiO 2
  • 12 the approximately 0.5 ⁇ m thick vapor-deposited molybdenum gate electrode
  • 13 is the tip-shaped one Molybdenum field emission cathode.
  • the gate openings 14 of the molybdenum layer are advantageously chosen to be between 0.4 and 0.8 ⁇ m; this is in the cited manufacturing process Ren achieved that the cathode cone tips are about 0.5 microns below the gate electrodes.
  • a sacrificial sizing made of aluminum is applied to the field emitter array, which already corresponds to the state of the art in this form, in that the substrate is rotated perpendicular to the surface and is vaporized with aluminum while grazing.
  • This type of vapor deposition prevents the aluminum from being deposited in the cathode openings.
  • 2 shows a field emitter element after this process step; the aluminum sacrificial layer is designated 20.
  • a graphite target which is arranged above the field emitter array, is evaporated by an electron beam and the carbon is deposited on the field emitter array. A part of the carbon atom beam penetrates through the gate openings and is deposited on the cathode tips.
  • tubular parallel graphite fibers form in the direction of the incident atomic beam. An improvement in the growth process is achieved if a voltage U G of the order of 50 V is seen between the cathode and gate layers during this process step.
  • the high field strength at the fiber tip obviously causes the fiber ends to remain open and the growth of the fibers to be improved (Smalley, loc. Cit. P. 4).
  • 3 shows a field emitter element after this process step, 30 being the deposited carbon layer on the gate electrode and 31 one or more carbon nanotubes on the molybdenum tip.
  • the voltage source for generating the field strength at the cathode tip is also shown schematically.
  • the growth of the carbon nanotubes can be controlled via the emission current Ic. The longer the grown carbon nanotubes, the stronger the emission current.
  • the process must be stopped in good time when the carbon nanotubes have reached a few tenths of a ⁇ m length.
  • the gate voltage U G is advantageously modulated slightly.
  • the quotient dIc / dU G is called differential slope and can serve as a measure of the quality of the field emitter array.
  • the carbon layer with the aluminum sacrificial layer is etched away, so that the field emitter element looks as shown in FIG. 4 after this step.
  • the cathodes can also be manufactured in such a way that only one row is electrically coupled to one another.
  • the gate electrodes can be manufactured in this way that they are also only electrically coupled in one row, but perpendicular to the direction of the cathodes connected in series. This gives the possibility of individually controlling each cathode.
  • This type of circuit is previously known and is used, for example, for the screen with digitally controllable pixels from LETI (described in Busta op. Cit. Pp. 69-70). This circuit for three rows of cathodes and three rows of gates is shown schematically in FIG. 5 in plan view.
  • the gate electrodes Gl, G2 and G3 are as well the cathodes are applied in strips, but perpendicular to the direction of the cathode tracks.
  • the further process steps correspond to the steps used for producing the field emitter cathodes which cannot be controlled individually.
  • the middle electrode of the last column in FIG. 5 can now be controlled, for example, by applying a negative voltage to the cathode strips K2 and a positive voltage to the gate strips G3; a field emission current then flows from this electrode, which can be measured in the cathode or gate circuit or can be detected with a suction anode (not shown here).
  • this arrangement of the cathode strips and gate strips can be used to specifically control the production process of each individual cathode. It is then possible to measure the emission current from each field emitter tip during the manufacturing process and not only the total value of the entire field emitter array. By switching off the voltage at a field emission cathode, the formation of an end cap with five-ring structures is promoted, so that no further growth takes place.
  • the formation process takes place at elevated temperatures of 100 to 700 ° C (degrees Celsius), preferably 300 - 400 ° C.
  • the advantage of the slim, cylindrical shape of the carbon nanotubes can also be dispensed with and only the advantage of the high mechanical stability of cage molecules, ie resistance to the bombardment of the cathode by positive residual gas ions, can be exploited .
  • the cathodes produced in a conventional manner - by vacuum deposition using the methods of microstructure technology or by etching - are coated with electrically conductive cage molecules.
  • the cage molecules can be fullerenes, heterofullerenes or their derivatives, in particular also endohedral and exohedral compounds, for example of the type M3Cg Q or M3C7 Q , where M is a metal, preferably the alkali metals potassium or sodium.
  • the cage molecules may also be in crystalline form, for example, be brought Cgg als ⁇ i n the form of fullerite, on the cathode.
  • the field emission cathodes whose resistance and emission properties have been improved by coating with carbon nanotubes or also with fullerenes and their derivatives in molecular or crystalline form, can be used wherever thermal cathodes have previously been used in vacuo , and in all applications of vacuum microelectronics. Typical fields of application are listed below, the list not being exhaustive and the person skilled in the art can easily transfer the field emission cathode according to the invention to similar applications.
  • Single emitter tips, emitter edges or emitter arrays can be used as an electron source for X-ray tubes, X-ray tubes with flat, controllable cathodes, for example for computer tomography, electron beam lithography, miniature electron microscope, power switch tubes, diode or triode, logic switching element, screen.
  • Field emission cathodes can be used in miniaturized electronic components, such as high-frequency diodes, high-frequency triodes, diodes and triodes in combination with semiconductor components, temperature-resistant diodes and triodes in automotive engines, temperature-resistant logic components, electronic components with diode and triode functions, all of which have particular strength against electromagnetic interference radiation and ionizing radiation, pressure sensors in which the distance between the cathode and gate is influenced by the pressure, microwave generators and amplifiers.
  • Field emission cathodes can preferably be used as an array as large-area electron sources of high current density, controllable electron sources for flat screens of high luminance in a single or multi-color design.

Abstract

Eine Feldemissionskathodeneinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material und mit einer schlanken stabförmigen Geometrie oder einer Schneidkante zur Erzielung einer hohen Überhöhung der elektrischen Feldstärke zeichnet sich dadurch aus, daß der elektronenemittierende Teil der Feldemissionskathode zumindest teilweise bevorzugt röhrenförmige Käfigmoleküle und/oder Verbindungen mit Käfigmolekülen und/oder röhrenförmige atomare Netzwerke, gegebenenfalls mit Abschlußkappen mit Durchmesser-Abmessungen im Nanometerbereich, aufweist.

Description

BESCHREIBUNG
Feldemissionskathodeneinrichtung und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Feldemissionskathodeneinrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung.
Mit Feldemission wird der Austritt von Elektronen aus der Oberfläche eines elektrischen Leiters unter der Wirkung eines elektrischen Feldes von mehr als 10-^ V/m bezeichnet. In der Praxis werden derartige Feldstärken an scharfen Kanten oder Spitzen, an denen Feldstärkeüberhöhungen auftreten, reali¬ siert, wobei Hochvakuum zur Vermeidung von Gasentladungen er¬ forderlich ist.
STAND DER TECHNIK
Technisch werden Feldemissionskathoden eingesetzt, beispiels¬ weise beim Feldelektronenmikroskop, bei Elektronenbeschleuni- gern, bei Höchstleistungsschaltern (OS DE 39 24 745 AI) und in Feldemissionsdioden und Feldemitterarrays für die Vakuum¬ mikroelektronik (so zum Beispiel Busta, Vacuum microelectro- nics-1992, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2 (1992), S. 53-60 und Iannazzo, A Survey of the present Status of vacuum icroelectronics, Solid State Electronics,
36(1993), S. 301 bis 320) . Als Feldemissionskathode kann ein Wolframdraht verwendet werden, dessen Spitze durch Ätzen so fein wird, daß sie im Lichtmikroskop nicht mehr zu sehen ist. Ebenfalls durch Ätzen können Kohlefasern an den Enden hinrei- chend fein hergestellt werden (Heinrich, Essig, Geiger, Appl. Phys. (1977) 12 S. 197 - 202), um als Feldemissionskathode zu dienen.
In der Vakuummikroelektronik werden die Feldemissionskathoden im allgemeinen mit den Verfahren der Mikroprozeßtechnik durch Ätzen und Aufdampfen unter Verwendung lithographisch herge¬ stellter Masken erzeugt (s. Busta, Vacuum microelectronics- 1992, Journal of Micromechanics and Microengineering, 2(1992), S.53-60) . Hierdurch lassen sich kegelförmige Spitzen mit einem Krümmungsradius von wenigen nm oder keilförmige Schneidkanten mit vergleichbarem Krümmungsradius herstellen. Als Material für die Kathode wird beispielsweise Molybdän, Lanthanhexaborid, Hafnium, diamantähnlicher Kohlenstoff ver¬ wendet (B.C. Djubua, N.N. Chubun, Emission properties of Spindt-Type Cold Cathodes with Different Emission Cone Mate¬ rial, IEEE Transactions on Electron Devices, 38 (1991) No. 10, S. 2314-2316) .
Nachteilig ist bei der Verwendung von Spitzen und Kanten, die nach den bekannten Verfahren hergestellt werden, daß sich der Elektronenstrom mit der Betriebszeit verringert, da die Spit¬ zen oder Kanten durch positive Ionen des unvermeidlichen Restgases im System zerstört werden. Das gleiche gilt für die Feldemissionskathoden, die durch Aufdampftechniken herge- stellt werden. Dies ist vor allem dadurch bedingt, daß die Materialstruktur der Emissionsspitzen nicht eindeutig defi¬ niert ist. Hierdurch kann die Geometrie und MikroStruktur der Spitze und damit die Austrittsarbeit der Elektronen in so großen Grenzen variieren, daß der Elektronenstrom mehrerer Spitzen, die in einem Prozeß hergestellt werden, um Zehnerpo¬ tenzen unterschiedlich ist und dieser sich zudem mit der Be¬ triebsdauer ändert.
Außerdem können nach dem Stand der Technik die Feldemissions- kathoden für die Vakuummikroelektronik nicht in der optimalen Geometrie hergestellt werden. Feldstärkerechnungen für unter¬ schiedliche Geometrien der Spitzen zeigen, daß die günstigste Form einer Feldemissionskathode ein schlanker Stab ist (Uts- umi, Vacuum Microelectronics: What's New and Exciting, IEEE Transactions on Electron Devices 38(1991) S. 2276-2283) . Mit den heutigen Verfahren der Mikrostrukturtechnik lassen sich allenfalls kegelförmige Spitzen definiert herstellen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurden erstmals von Iijima (Nature, 354 (1991) S. 56) im Elektronenmikroskop beobachtet und kön¬ nen heute in größeren Mengen beispielsweise an der Kathode eines Lichtbogens erzeugt werden (Iijima, Materials Science and Engineering, B19 (1993) S. 172-180) . In Gegenwart von Ei¬ sen oder Kobalt lassen sich einschalige Kohlenstoff-Nanoröhr¬ chen erzeugen. Theoretische Berechnungen zeigen, daß je nach Helizität der hexagonalen Ringstruktur der Wände die Kohlen¬ stoff-Nanoröhrchen elektrisch leitend oder halbleitend sind (Saito, Fujita, Dresselhaus, Dresselhaus, Materials Science and Engineering, B19 (1993) 185-191) . Die Kohlenstof-Nano- röhrchen lassen sich auch mit Metallen füllen, beispielsweise mit Blei. Weitere Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- Nanoröhrchen sind in der Literatur beschrieben: Kohlenstoff-Nanoröhrchen lassen sich durch katalytische Zer¬ setzung von Acetylen über Eisen-Partikel bei etwa 700 °C her¬ stellen (Jose-Yacaman, Miki . -Yoshida, Rendon, Applied Physics Letters 62(6)1993, S 657-659) . In Gegenwart von Methan, Argon und Eisendampf lassen sich einschalige Kohlenstoff-Nanoröhrchen in dem Ruß-Niederschlag an den Kammerwänden einer Lichtbogenapparatur finden (Iijima, Nature 363 (1993) S. 603-605) .
Durch Verdampfen einer Kohlefolie im Hochvakuum lassen sich mehrschalige Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf einer Graphitober- fl che abscheiden (Ge, Sattler, Science 260 (1993) S. 515- 518) .
Durch Verdampfen von hochreinem Graphit mit Elektronenstrah¬ len im Vakuum können Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf Substraten aus verschiedenen Materialien hergestellt werden, wobei die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in Richtung des Dampfstrahls ausge¬ richtet sind (Kosakovskaya u.a. , JETP Lett . , 56 (1992) 26) .
Neben den Kohlenstoff-Nanoröhrchen scheiden sich auf dem Sub¬ strat im allgemeinen auch ungeordnete Kohlenstoffpartikel ab. Diese können beispielsweise durch Behandlung in oxidierender Atmosphäre bei erhöhter Temperatur von bis zu 500 °C, vor- zugsweise 400 °C, entfernt werden. In gleicher Weise können die Kohlenstoff-Nanoröhrchen in oxidierender Atmophäre (Luft, CO2 oder reinem Sauerstoff) an den Abschlußkappen geöffnet werden. Dies bietet die Möglichkeit, die Kohlenstoff-Nano- röhrchen mit Metallen zu füllen, wie von Ajayan u. Iijima in Nature 361, S. 333 für die Füllung mit Blei beschrieben ist.
Grundsätzlich ist es möglich, diese nach einem der oben be¬ schriebenenVerfahrenhergestellten Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Hilfe von Mikromanipulatoren auf einer geeigneten Unter¬ lage zu befestigen und so eine Feldemissionskathode herzu¬ stellen. Dieses Verfahren ist aber unpraktisch und insbeson¬ dere für Feldelektrodenarrays mit vielen Kathodenspitzen, wie in der Vakuummikroelektronik angestrebt wird, nicht geeignet.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, eine Feldemissionskathoden- einrichtung anzugeben, die die Nachteile des Standes der
Technik vermeidet, eine hohe Emissionsqualität gewährleistet, eine erhöhte Betriebsdauer ermöglicht und insbesondere dem Beschüß der Ionen des Restgases standhält. Darüberhinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstel¬ lung einer Feldemissionskathodeneinrichtung der eingangs ge¬ nannten Art anzugeben, das eine technisch optimale Herstel¬ lung gewährleistet und wirtschaftlich einsetzbar ist.
Die erfindungsgemäße Feldemissionskathodeneinrichtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 gegeben. Das erfindungsge¬ mäße Verfahren zur Herstellung der Feldemissionskathodenein¬ richtung ist durch die Merkmale des Anspruchs 9 gegeben. Vor¬ teilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand derUnteransprüche. Die erfindungsgemäße Feldemissionskathodeneinrichtung zeich¬ net sich demgemäß dadurch aus, daß der elektronenemittierende Teil der Feldemissionskathode zumindest teilweise bevorzugt röhrenförmige Käfigmoleküle und/oder Verbindungen mit Käfig- molekülen und/oder röhrenförmige atomare Netzwerke, gegebe¬ nenfalls mit Abschlußkappen mit Durchmesser-Abmessungen im Nanometerbereich, aufweist.
Bevorzugt können hierbei die röhrenförmigen atomaren Netzwer- ke mit Abschlußkappen aus Kohlenstoff- und/oder Bor- und/oder Stickstoffatomen versehen sein, die Öffnungen aufweisen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Feldemissionskathodeneinrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß als Feldemissionskathoden Kohlenstoff-nanoröhrchen ver¬ wendet werden. Kohlenstoff-Nanoröhrchen können einschalig mit einem Durchmesser von ca. 1 Nanometer und Längen von über 1 Mikrometer oder auch mehrschalig mit bis zu einigen Nanome- tern Durchmesser hergestellt werden. Es lassen sich auch Bün- del von einschaligen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Durchmes¬ sern von etwa 5 Nanometern herstellen. Die Wände der Kohlen¬ stoff-Nanoröhrchen bestehen aus Kohlenstoffatomen in hexago- naler Anordnung, während die Abschlußkappen zusätzlich Fün¬ fringstrukturen enthalten. Die einzelnen Kohlenstoffatome der Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind chemisch stark gebunden, wo¬ durch die Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine extrem hohe mechani¬ sche Festigkeit aufweisen. Hieraus resultiert auch die hohe Sputterfestigkeit im Vergleich zu den regellos gewachsenen Spitzen, die nach dem Stand der Technik aufgedampft werden.
Die Verwendung der an sich bekannten Kohlenstoff-Nanoröhrchen als Feldemissionskathode verbindet also den Vorteil einer op¬ timalen Geometrie mit der hohen Festigkeit, wodurch sicherge¬ stellt ist, daß die Emissionseigenschaften derartiger Felde- missionskathoden sich während des Betriebes nicht verändern im Gegensatz zuden bisher verwendeten Kathodenspitzen. Um die genannten Vorteile der Kohlenstoff-Nanoröhrchen auch für die Herstellung von Feldemissionskathodenarrays der Vaku¬ ummikroelektronik nutzbar zu machen, müssen die bekannten Verfahren zur Herstellung derartiger .Anordnungen erfindungs- gemäß so modifiziert werden, daß Kohlenstoff-Nanoröhrchen an entsprechend präparierten Stellen eines Substrats wachsen.
Das Herstellverfahren kann zur Herstellung sowohl einzelner Feldemissionskathoden als auch von Feldemissionskathodenar- rays eingesetzt werden.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durchdie nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise mitein¬ ander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensicht¬ lich gegenseitig ausschließen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Wei¬ terbildungen derselben werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und er¬ läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen- den Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in be¬ liebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:
Fig. 1 ein einzelnes Feldemissionselement eines Feldemitter- arrays, wie es nach dem Stand der Technik hergestellt werden kann,
Fig. 2 dasselbe Element nach dem ersten erfindungsgemäßen
Verfahrensschritt, um die Emissionsspitze mit Kohlen- stoff-Nanoröhrchen zu versehen, Fig. 3 dasselbe Element nach dem Aufdampfen von Kohlenstoff,
Fig. 4 dasselbe Element nach dem letzten Verfahrensschritt im endgültigen Zustand,
Fig. 5 einen Ausschnitt aus einem Feldemitterarray mit ein¬ zeln ansteuerbaren Emissionsspitzen,
Fig. 6 den Querschnitt eines Graphitplättchens mit Schneid- kante,
Fig. 7 im Querschnitt einen vorbereiteten Block von zehn
Graphitplättchen mit Spannvorrichtung zum Aufdampfen von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und
Fig. 8 eine Diode für die Leistungsimpulstechnik mit einer erfindungsgemäßpräparierten Feldemissionskathode.
WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im folgenden wird an einem Beispiel erläutert, wie Feldemis¬ sionskathoden aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen hergestellt werden können, die beispielsweise als Kathoden für Dioden oder Schalter dienen. In einem zweiten Beispiel wird erläutert, wie Feldemissionskathoden für ein Feldemitterarray mit Ver¬ fahren der Mikrostrukturtechnik hergestellt werden können.
Beispiel: Herstellung von Einzelkathoden auf einer Schneide
Quadratische Graphitplättchen von 1 cm (Zentimeter) Kanten¬ länge und einer Stärke von 1 mm (Millimeter) werden an einer Kante zu einer Schneide geschliffen oder geätzt. Fig. 6 zeigt ein derartiges Graphitplättchen 100 mit einer einseitig abge¬ schrägten Schneide 101. In Fig. 7 ist dargestellt, wie zehn dieser Graphitplättchen 100a bis lOOj in einer Einspannvor¬ richtung 103 zu einem Block derart zusammengefaßt sind, daß die Schneiden 101a bis lOlj auf einer Seite des Blocks in ei¬ ner Ebene liegen und zwischen den Graphitplättchen jeweils als Abstandshalter 102a bis 102j eine Aluminiumfolie oder ei¬ ne Teflonfolie liegt. Die Einspannvorrichtung besteht aus zwei Messingblöcken, in die Ausneh ungen zur Aufnahme der zehn Graphitplättchen mit den Abstandsfolien gefräst sind. Die Blöcke werden über zwei Schrauben 104 zusammengeschraubt.
Der vorbereitete Block wird in eine Vakuumapparatur einge¬ baut, inder ein Target aus hochreinem Graphit mit einem Elek¬ tronenstrahl verdampft wird. Dabei sind das Graphittarget und der Block so angeordnet, daß der Kohlenstoffdampf senkrecht auf die Ebene mit den Graphitschneiden auftrifft. Unter die¬ sen Bedingungen wachsen auf den Schneidenkanten Kohlenstoff- Nanoröhrchen einzeln und in Bündeln von mehreren Röhrchen in Richtung des KohlenstoffdampfStrahls. Nachdem eine Schicht¬ stärke von einigen Zehntel Mikrometer erreicht ist, wird der AufdampfVorgang beendet.
Die Schneidenkanten und die abgeschrägten Flächen der Gra¬ phitplättchen sind jetzt mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen be¬ schichtet, die eine außerordentlich hohe mechanische Festig- keit aufweisen. Die MikroStruktur der Oberfläche ist durch röhrenförmige Erhebungen mit scharfen Spitzen, die einen Krümmungsradius von wenigen Nanometern haben, gekennzeichnet.
In Fig. 8 ist dargestellt, wie ein in dieser Art präpariertes Graphitplättchen in einer als Schaltelement dienende Diode eingesetzt werden kann. In einem evakuierten Glaskolben 110 sind eine großflächige Anode 112 und ein Kathodenstift 111 eingeschmolzen. Auf dem Kathodenstift ist das Graphitplätt¬ chen 100 mit der Schneidkante 101 so befestigt, daß es der Anode im Abstand von etwa 1 mm gegenübersteht. Bei Anlegen einer ausreichend hohen negativen Spannung an die Kathode kann ein elektrischer Strom durch die Diode fließen. In gleicher Weise lassen sich statt einer einzelnen Schneid¬ kante mehrere Schneidkanten als Kathode verwenden.
Diese Schneidkanten zeichnen sich dadurch aus, daß sie im GE- gensatz zu Schneidkanten ohne Kohlenstoff-Nanoröhrchen eine wesentlich größere Überhöhung des elektrischen Feldes aufwei¬ sen, was sich darin äußert, daß bei gleicher Spannung der Feldemissionsstrom größer ist. Darüberhinaus werden die Emis¬ sionsspitzen nicht durch Ionen des Restgases bereits nach kurzer Betriebszeit zerstört.
Dαsgeschilderte Herstellverfahren läßt sich problemlos auf eine größere Anzahl von Graphitplättchen mit längerer Schneidkante übertragen. Ebenso lassen sich der Kantenwinkel und der Abstand der Schneidkanten voneinander in weiten Gren¬ zen variieren. Es ist somit eine Feldemissionskathode vorge¬ stellt, deren elektronenemittierende Fläche und Stromdichte an viele Anwendungen beispielsweise in der Leistungsimpuls- technik anpaßbar ist.
Beispiel: Herstellung von Feldemissionskathoden als Array
Zunächst wird nach einem vorbekannten Verfahren ein Array von Feldemitterkathoden und Gateelektroden aus Molybdän auf einem dotierten Siliziumsubstrat mit den Methoden der Siliziumpro¬ zeßtechnik hergestellt, wie es beispielsweise in dem Artikel Spindt et al. , J. Appl. Physics 47 (1976), S. 5248ff be¬ schrieben ist (siehe auch Busta a.a.O. und Iannazzo a.a.O) . In Fig. 1 ist eine Feldemitterkathode mit Gateelektrode dar- gestellt. Mit 10 ist das elektrisch leitfähig, n-dotierte Si¬ liziumsubstrat bezeichnet, 11 bezeichnet eine ca. 2 μ starke aufgedampfte Isolierschicht aus Si02, 12 die ca.0,5 μm starke aufgedampfte Molybdän-Gate-Elektrode, 13 ist die spitzenför- ige Feldemissionskathode aus Molybdän. Vorteilhaft werden die Gate-Öffnungen 14 der Molybdänschicht zwischen 0,4 und 0,8 μm gewählt; damit wird in dem zitierten Herstellverfah- ren erreicht, daß die Kathodenkegelspitzen etwa 0,5 μm unter¬ halb der Gateelektroden liegen.
In einem folgenden Prozeßschritt wird auf das Feldemitterar- ray, das in dieser Form bereits dem Stand der Technik ent¬ spricht, eine Opferschlicht aus Aluminium aufgebracht, indem das Substrat senkrecht zur Ob erfläche in Rotation versetzt und unter streifendem Einfall mit Aluminium bedampft wird. Durch diese Art des Aufdampfens wird vermieden, daß das Alu- minium sich inden Kathodenöffnungen niederschlägt. Die Fig. 2 zeigt ein Feldemitterelement nach diesem Prozeßschritt; die Aluminium-Opferschicht ist mit 20 bezeichnet.
In nächsten Prozeßschritt wird ein Graphittarget, das ober- halb des Feldemitterarrays angeordnet ist, durch einen Elek¬ tronenstrahl verdampft und der Kohlenstoff auf dem Feldemitt¬ erarray abgeschieden. Ein Teil des Kohlenstoffatomstrahls dringt durch die Gateöffnungen und schlägt sich auf den Ka¬ thodenspitzen nieder. Wie aus einer Veröffentlichung von Kosakovskaya u.a., JETP Lett . , 56 (1992) 26 bekannt ist, bil¬ den sich dabei röhrenförmige parallele Graphitfasern in Rich¬ tung des einfallenden Atomstrahls. Eine Verbesserung des Wachstumsprozesses wird erreicht, wenn während dieses Proze߬ schrittes eine Spannung UG von der Größenordnung 50 V zwi- sehen Kathoden- und Gateschicht gelegt wird. Die mittlere
Feldstärke liegt dann in der Größenordnung von 50 V/0, 5 μm = 10° V/m; durch die Überhöhung der Feldstärke an der Spitze steigt diese dort auf über =10* V/m an. Die hohe Feldstärke an der Faserspitze bewirkt offensichtlich, daß die Faserenden geöffnet bleiben und das Wachstum der Fasern verbessert wird (Smalley, a.a.O. S. 4). Die Fig. 3 zeigt ein Feldemitterele¬ ment nach diesem Prozeßschritt, wobei mit 30 die abgeschiede¬ ne Kohlenstoffschicht auf der Gateelektrode und mit 31 ein oder mehrere Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf der Molybdänspitze bezeichnet sind. Schematisch ist auch die Spannungsquelle zur Erzeugung der Feldstärke an der Kathodenspitze dargestellt. Über den Emissionsstrom Ic kann das Wachstum der Kohlenstoff- Nanoröhrchen kontrolliert werden. Je länger die aufgewachse¬ nen Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind, umso stärker wird der Emissionsstrom. Der Prozeß muß rechtzeitig abgebrochen wer- den, wenn die Kohlenstoff-Nanoröhrchen einige Zehntel μm Län¬ ge erreicht haben. Vorteilhaft wird hierbei die Gatespannung UG leicht moduliert. Der Quotient dIc/dUG wird als differen- tielle Steilheit bezeichnet und kann als Maß für die Qualität des Feldemitterarrays dienen.
In einem letzten Schritt wird die KohlenstoffSchicht mit der Alumiumopferschicht weggeätzt, so daß das Feldemitterelement nach diesem Schritt wie in Fig. 4 dargestellt aussieht.
In Abwandlung des beschriebenen Herstellprozesses können die Kathoden statt in ihrer Gesamtheit elektrisch verbunden zu sein und auf gleichem Potential zu liegen auch so hergestellt werden, daß jeweils nur eine Reihe elektrisch miteinander ge¬ koppelt ist- In gleicher Weise können die Gateelektroden der- art hergestellt werden, daß sie ebenfalls nur in einer Reihe elektrisch gekoppelt sind, allerdings senkrecht zur Richtung der in Reihe geschalteten Kathoden. Hiermit ist die Möglich¬ keit gegeben, jede Kathode einzeln anzusteuern. Diese Art der Schaltung ist vorbekannt und beispielsweise für den Bild- schirm mit digital ansteuerbaren Bildpunkten der Firma LETI verwendet (beschrieben in Busta a.a.O. S. 69-70). Schematisch ist diese Schaltung für drei Kathodenreihen und drei Gaterei¬ hen in Fig. 5 in Draufsicht dargestellt.
Auf einem Substrat mit elektrisch nichtleitender Oberfläche 1 sind elektrisch leitfähige Kathodenbahnen Kl, K2 und K3 bei¬ spielsweise aus n-dotiertem Silizium in einer Breite von we¬ nigen Mikrometern aufgebracht. Die nachfolgende - nicht dar¬ gestellte - Isolierschicht aus Siliziumdioxid in einer Stärke von etwa 2 Mikrometer entspricht der von Spindt beschriebenen Anordnung. Die Gateelektroden Gl, G2 und G3 werden ebenso wie die Kathoden streifenförmig, allerdings senkrecht zur Rich¬ tung der Kathodenbahnen, aufgebracht. Die weiteren Proze߬ schritte entsprechen den Schritten, wie sie zur Herstellung der nicht einzeln ansteuerbaren Feldemitterkathoden angewen- det werden.
Die mittlere Elektrode der letzten Spalte in Fig. 5 läßt sich nun beispielsweise so ansteuern, indem an den Kathodenstrei¬ fen K2 eine negative Spannung und an den Gatestreifen G3 eine positive Spannung gelegt wird; es fließt dann ein Feldemis¬ sionsstrom aus dieser Elektrode, der im Kathoden- oder Gate¬ kreis gemessen werden oder mit einer - hier nicht gezeichne¬ ten - Sauganode nachgewiesen werden kann.
In dem hier beschriebenen Herstellverfahren kann diese Anord¬ nung der Kathodenstreifen und Gatestreifen dazu verwendet werden, um den Herstellvorgang jeder einzelnen Kathode ge¬ zielt zu kontrollieren. Es ist dann möglich, den Emissions¬ strom während des Herstellprozesses aus jeder Feldemitter- spitze zu messen und nicht nur den Summenwert des gesamten Feldemitterarrays. Durch Wegschalten der Spannung an einer Feldemissionskathode wird die Bildung einer .Abschlußkappe mit Fünfringstrukturen begünstigt, so daß kein weiteres Wachstum mehr erfolgt .
Vorteilhaft für die Bildung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen ist es, wenn der Bildungsvorgang bei erhöhten Temperaturen von 100 bis 700 °C (Grad Celsius), vorzugsweise 300 - 400 °C, stattfindet .
Ebenfalls ist es vorteilhaft, wenn vor dem Aufsputtern des Kohlenstoffs eine wenige Atomlagen dicke Schicht von Eisen oder Kobalt auf die Molybdänkathodenspitzen aufgebracht wird. Offenbar wirkt Eisen und Kobalt katalytisch positiv auf die Bildung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen. In Abwandlung der Erfindung kann man auch auf den Vorteil der schlanken, zylindrischen Form der Kohlenstoff-Nanoröhrchen verzichten und nur den Vorteil der hohen mechanischen Stabi¬ lität von Käfigmolekülen, das heißt Widerstandsfähigkeit ge- gen den Beschüß der Kathode durch positive Restgasionen, aus¬ nutzen. In diesem Fall werden die in herkömmlicher Weise - durch Aufdampfen im Vakuum mit den Verfahren der Mikrostruk- turtechnik oder durch Ätzen - hergestellten Kathoden mit elektrisch leitfähigen Käfigmolekülen beschichtet. Die Käfig- moleküle können Fullerene, Heterofullerene oder deren Deriva¬ te sein, insbesondere auch endohedrale und exohedrale Verbin¬ dungen beispielsweise der Art M3CgQ oder M3C7Q, wobei M ein Metall, vorzugsweise die Alkalimetalle Kalium oder Natrium, bedeutet. Die Käfigmoleküle können auch in kristalliner Form, beispielsweise Cgg in Form von Fullerit, auf die Kathode auf¬ gebracht werden.
ANWENDUNGEN
Die Feldemissionskathoden, deren Widerstandsfähigkeit und Emissionseigenschaften durch die Beschichtung mit Kohlen¬ stoff-Nanoröhrchen oder auch mit Fullerenen und deren Deriva¬ ten in molekularer oder kristalliner Form verbessert worden sind, können überall dort eingesetzt werden, wo bisher ther- mionische Kathoden im Vakuum eingesetzt wurden, und in allen .Anwendungen der Vakuummikroelektronik. Typische Anwendungs¬ felder werden im folgenden aufgeführt, wobei die Aufzählung nicht erschöpfend ist und der Fachmann die erfindungsgemäße Feldemissionskathode problemlos auf ähnliche Anwendungen übertragen kann.
Einzelemitterspitze, Emitterkanten oder Emitterarrays können als Elektronenquelle eingesetzt werden für Röntgenröhren, Röntgenröhren mit flächigen, ansteuerbaren Kathoden, bei- spielsweise für die Computertomographie, Elektronenstrahlli- thographie, Miniaturelektronenmikroskop, Leistungsschaltröh¬ ren, Diode oder Triode, Logikschaltelement, Bildschirm. Feldemissionskathoden können in miniaturisierten elektroni¬ schen Bauteilen eingesetzt werden, wie Höchstfrequenzdioden, Höchstfrequenztrioden, Dioden und Trioden in Kombination mit Halbleiterbauelementen, temperaturfesten Dioden und Trioden in KFZ-Motoren, temperaturfesten Logik-Bauelementen, elektro¬ nischen Bauelementen mit Dioden- und Triodenfunktionen, die eine besondere Festigkeit gegenüber elektromagnetische Stör¬ strahlung und ionisierende Strahlung aufweisen, Drucksenso¬ ren, bei denen der Abstand Kathode Gate durch den Druck be- einflußt wird, Mikrowellengeneratoren und -Verstärker.
Als Array können Feldemissionskathoden bevorzugt eingesetzt werden als großflächige Elektronenquellen hoher Stromdichte, ansteuerbare Elektronenquellen für flache Bildschirme hoher Leuchtdichte in ein- oder mehrfarbiger Ausführung.

Claims

ANSPRÜCHE
01) Feldemissionskathodeneinrichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material und mit einer schlanken stabförmigen Geometrie oder einer Schneidkante zur Erzielung einer hohen Überhöhung der elektrischen Feldstärke, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß der elektronenemittierende Teil der Feldemissionskathode zumindest teilweise bevorzugt röhrenförmige Käfigmoleküle und/oder Verbindungen mit Käfigmolekülen und/oder röhrenförmige atomare Netzwerke, gegebenenfalls mit Abschlußkappen mit Durchmesser-Abmessungen im Nanometerbereich, aufweist.
02) Einrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die bevorzugt röhrenförmigen Käfigmoleküle und/oder röhrenförmigen atomaren Netzwerke mit Abschlußkappen aus Kohlenstoff- und/oder Bor- und/oder Stickstoffatomen Öffnungen aufweisen.
03) Einrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die röhrenförmigen atomaren Netzwerke einschalige Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind.
04) Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die röhrenförmigen atomaren Netzwerke mehrschalige Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind. 05) Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die ein- und/oder mehrschaligen Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu Bündeln zusammengefaßt sind.
06) Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Kohlenstof f-Nanoröhrchen mit Metall gefüllt sind.
07) Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Feldemissionskathode zumindest teilweise mit exohedralen Verbindungen von Käfigmolekülen, vorzugsweise Alkali-Fullerenverbindungen, bedeckt ist.
08) Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Feldemissionskathode zumindest teilweise mit endohedralen Verbindungen von Käfigmolekülen bedeckt ist .
09) Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß die Feldemissionskathode die Spitze eines Feldelektronen¬ mikroskops, eines Feldionenmikroskops, eines Rastertun- nelmikroskops oder eines Rasterkraftmikroskops bildet.
10) Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß eine Vielzahl gleichartiger Feldemissionskathoden in ei¬ ner Linie oder einer Ebene angeordnet sind und dadurch eine lineare beziehungsweise flächige Elektronenquelle bilden.
11) Einrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß eine Vielzahl gleichartiger Feldemissionskathoden, insbe¬ sondere 10.000 bis 1.000.000, in einer Ebene in Form ei¬ ner Matrix angeordnet sind und die Feldemissionskathoden einzeln ansteuerbar sind und die Feldemissionskathoden die Elektronenquellen für die Bildpunkte eines optischen Anzeigesystems darstellen.
12) Verfahren zur Herstellung von Feldemissionskathodeneinrichtungen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß Kä igmoleküle und/oder Verbindungen mit Käfigmolekülen und/oder röhrenförmige atomare Netzwerke, gegebenenfalls mit Abschlußkappen mit Durchmesser-Abmessungen im Nanometerbereich, aus der Gasphase aufwachsen.
13) Verfahren zur Herstellung einer Feldemissionskathoden¬ einrichtung mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß Kohlenstof f-Nanoröhrchen aus der Gasphase aufwachsen.
14) Verfahren zur Herstellung von Feldemissinskathoden aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß während der Herstellung der Kohlenstoff-Nanoröhrchen ein elektrisches Feld zwischen dem Fußpunkt des Kohlenstoff- Nanoröhrchens als Kathode und einer im Abstand angeordneten Anode liegt. 15) Verfahren zur Herstellung von Feldemissionskathoden aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen nach Anspruch 7 und 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß der Fußpunkt jedes Kohlenstoff-Nanoröhrchens die metallische Spitze einer konventionell hergestellten Feldemissionskathode ist.
16) Verfahren zur Herstellung von Feldemissionskathoden aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß an den Fußpunkten der Kohlenstoff-Nanoröhrchen katalytisch wirkende Metalle wie Eisen oder Kobalt aufgebracht sind.
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