制造管状碳分子的方法

摘要

一种制造管状碳分子的方法，它能够以更精细的间隔和规则排列碳纳米管。通过基于调制热分布(11)的熔化将催化剂排列在由半导体如硅(Si)组成的基材(10)上，所述基材包含作为催化剂的铁。所述热分布(11)是通过用例如衍射光栅(12)使能量束(12)衍射形成的。分布催化剂的方法包括例如将铁以平面或凸起的形式沉积对应于所述热分布(11)的位置中，或者还包括使用其原始形式来将其转印到另一种基材上。使用所述分布催化剂生长碳纳米管。所述生长纳米管可用于记录设备、场致电子发射元件或FED。

权利要求

1.一种制造管状碳分子的方法，它包括：

催化剂排列步骤，该步骤包括通过熔化排列对管状碳分子具有催化剂功能的金属，所述熔化是通过调制热分布达到的；

生长管状碳分子的生长步骤，

其特征在于所述催化剂排列步骤包括：

熔化步骤，该步骤包括将调制热分布施加到基材表面上，以熔化所述基材的表面，所述基材包括在第一材料中作为添加剂的第二材料，其中所述调制热分布是通过衍射光栅使能量束衍射来施加的以便在所述基材的表面上周期性地形成高温区域和低温区域，并且所述能量束是具有单波长且同相的平行光；以及沉积步骤，该步骤包括通过使所述基材表面散热将所述第二材料沉积在对应于所述热分布的位置中，其中，所述第二材料是这样一种材料，即能通过将所述第二材料加入到所述第一材料中降低所述第一材料的熔点，并且其中，所述第一材料是半导体或金属，所述第二材料是具有催化剂功能的金属。

2.如权利要求1所述制造管状碳分子的方法，其特征在于在所述沉积步骤中，通过使所述基材的表面散热，将所述第二材料以平面形状沉积在所述基材的表面上。

3.如权利要求1所述制造管状碳分子的方法，其特征在于在所述沉积步骤中，通过使所述基材的表面散热在所述基材的表面上形成凸起，所述第二材料至少沉积在所述凸起的尖端部分。

说明书

制造管状碳分子的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及制造管状碳分子的方法，它能将管状碳分子(例如碳纳米管)排列成精细图案，本发明还涉及由上述方法得到管状碳分子。而且，本发明涉及制造使用所述管状碳分子的记录设备的方法和使用所述管状碳分子的记录设备，还涉及制造包括使用所述管状碳分子的阴极的场致电子发射器件的方法和由上述方法得到的场致电子发射器件，还涉及制造使用所述场致电子发射器件的显示单元的方法和使用所述场致电子发射器件的显示单元。

背景技术

[0002] 近年来，纳米技术已经取得了显著的发展，特别是分子结构(例如碳纳米管)是具有较好性质(例如高热传导性、高电导率和高机械强度)的稳定材料，所以预期所述分子结构可用于更广泛的用途，例如晶体管、存储器和场致电子发射器件。

[0003] 例如，作为碳纳米管的一个应用，已知所述碳纳米管可适合用来得到冷阴极场致电子发射(下文称为“场致电子发射”)(例如，参见Yahachi Saito，Journalof The Surface Science Society of Japan，1998年，第19卷，第10期，第680-686页)。所述场致电子发射是这样一种现象，当向置于真空中的金属或半导体施加大于预定阀值的电场时，电子通过量子隧道效应越过金属或半导体表面附近的能垒，从而即使在室温时电子也能射入真空。

[0004] 利用场致电子发射原理来显示图像的FED(场致发射显示器)具有一些特征，例如高强度、低能耗和低轮廓(profile)，并且所述FED已经发展为常规阴极射线管(CRT)的替代显示单元(例如参见日本待审专利申请公报2002-203473和2000-67736)。作为FED的典型结构，阴极板(其中形成了发射电子的阴极)和阳极板(其中阳极涂有荧光层，通过发射电子的碰撞激发来发光)组合成一个相互对置的单元，所述FED的内部处于高真空状态。但是，在该结构中，阴极板和阳极板很难以紧密的距离排列，所以必须在阴极板和阳极板之间施加高电压。因此，引出电极(extraction electrode)(门电极)分布在所述阴极板和所述阳极板之间，以使所述阴极和所述引出电极更接近，从而在所述电极之间施加低电压来引起场致电子发射。

[0005] 图75描述了这种常规FED例子的结构的截面图。在该例子中，作为一种阴极结构，描述了圆锥形状的所谓Spindt(得自一个人的名字)型结构(例如参见C.A.Spindt和其它三人，Journal of Applied Physics，(U.S.)，1976年，第47卷，第5248-5263页和日本待审专利申请公报2002-203473)。

[0006] 所述FED包括阴极板1100和朝着所述阴极板1100的阳极板1200。所述阴极板1100包括基材1120和朝着所述阴电极1110且其间有绝缘薄膜1130的引出电极1140，在所述基材1120上面形成了阴电极1110。形成了许多阴电极1110和许多引出电极1140，且每个引出电极1140都相对所述阴电极1110成直角分布。在所述基材1120上，许多阴极1150分布在阴电极1110朝着所述引出电极一侧的表面上。

[0007] 在各个引出电极1140中，许多小孔部分1160对应于各个阴极1150分布，所述小-孔部分1160的大小与电子e 的大小一样，从而使阴极1150发射的电子能穿过。而且，向各个引出电极1140循环施加扫描电压的扫描驱动器(没有显示)与各个引出电极1140电气连接。另一方面，根据图像信号向各个阴电极1110选择性施加电压的数据驱动器(没有显示)与各个阴电极1110电气连接。

[0008] 各个阴极1150以矩阵形式对应于一定位置分布，其中所述引出电极1140和阴电极1110相互交叉，各个阴极1150的低表面电气连接到相应的阴电极1110上。通过选择性施加预定电场，所述阴极1150根据隧道效应由其尖端部分发射电子。此外，在典型的FED中，预定数量(例如1000)的阴极1150组对应于1个像素。

[0009] 所述阳极板1200包括由玻璃材料等制成的且是光学透明的透明基材1210和阳电极1220，所述阳电极1220分布在所述透明基材1210朝着所述阴极板1100一侧的表面上。-
形成与所述阴电极1110对应的许多阳电极1220。而且，能根据射入电子e 来发光的荧光物质施加到所述阳电极1220更接近所述透明基材1210一侧的表面上，以形成荧光薄膜1230。
而且，所述阳电极1220可由透明导电材料如ITO(铟-锡氧化物)制成，并且所述荧光薄膜
1230可形成在所述阳电极1220更接近所述阴极板1100一侧的表面上。

[0010] 在具有该结构的FED中，当在所述引出电极1140和阴电极1110之间选择性地施加电压时，场致电子发射发生在所述引出电极1140和所述阴电极1110的交叉点上的阴极- -1150中，电子e 射向所述阳电极1220。由所述阴极1150发射的电子e 穿过位于阳电极
1220中的细孔(没有显示)，与所述磷光薄膜1230碰撞，从而使所述荧光物质发出光。所需的图像就通过所述荧光物质的发光显示出来了。

[0011] 在FED中，场致电子发射是通过较低的电压引起的，所以已经作了通过使所述阴极顶部成尖端形来局部提高电场强度的各种尝试，并且碳纳米管已经逐渐用在这些尝试中(例如，参见Yahachi Saito，Journal of The Surface ScienceSocietyof Japan，第19卷，第10期，第680-686页)。例如，已经提出了使用单壁碳纳米管的FED，所述单壁碳纳米管通过热CVD(化学气相沉积)方法作为阴极形成在硅(Si)晶片的尖端。(例如，参照Japan Society of Applied Physicsand Related Societies第49届扩大会议摘要，29p-k-7)。而且，据报道，通过常规方法形成硅发射器后，形成由用于形成碳纳米管的金属催化剂制成的薄膜，并通过反蚀刻(etch-back)方法除去栅电极上的催化剂，碳纳米管通过热CVD方法仅生长在所述发射器的尖端部分(参见Nikkan Kogyo shimbun，2002年4月11日，“在4V低电压下来自CNT场发射器的电子发射”)。

[0012] 在该应用领域中，所述碳纳米管并不是单独使用的，而是使用了包括许多碳纳米管的碳纳米管结构体。可使用常规半导体技术例如光刻法和CVD(化学气相沉积)作为制造碳纳米管结构体的方法。而且，已经公开了将外部(foreign)材料引入碳纳米管的技术(例如，参见Masafumi Ata和其它三人，Japanese Journalof Applied Physics(Jpn.J.Appl.Phys.)，1995年，第34卷，第4207-4212页和Masafumi Ata和其它两人，Advanced Materials，(德国)，1995年，第7卷，第286-289页)。

[0013] 而且，作为与本发明相关的其它技术，它们是磁性记录器件和磁性记录设备。它们的原理是这样的，即磁性材料被磁化，并且通过矫顽磁性，磁化方向对应于1或0，或者信号的模拟量，所述信号记录了所述磁性材料磁化时的磁化程度。在这种情况下，平行记录表面的面内磁化和垂直所述记录表面的垂直磁化都已实际使用。近年来，需要进一步提高记录密度，通常，一般是通过降低磁化长度来提高记录密度，就本发明人所知的最新知识来说，目前并没有公开将碳纳米管应用于所述磁性记录技术的尝试。

[0014] 为了得到使用碳纳米管的FED等，必须有这样一种技术，它能形成由过渡金属等制成的催化剂精细图案，从而使碳纳米管按精细排列图案规则排列。但是，通常，光刻法是能在某种程度上达到大规模生产的唯一技术。光刻法是一种适合形成二维结构体的主要技术，所以光刻法并不适合形成三维结构体，例如碳纳米管结构体。

[0015] 而且，为了通过光刻法形成金属催化剂的精细图案，目前还没有方法来降低能量束的波长，在现有技术中，难于再降低所述波长。因此，在由光刻法形成过渡金属等的图案的情况下，过渡金属图案以及图案之间的间隔的尺寸是由所述能量束的波长决定的，并且在现有技术中，所述尺寸并不能降低到0.05微米(50纳米)或更小，图案之间的间隔(间距)不能降低到100纳米或更小。换句话说，常规技术有不能形成更精细的金属催化剂等的图案的问题。

[0016] 而且，在使用常规碳纳米管的阴极中，许多碳纳米管紧密分布，所以有各个碳纳米管表面上的电场强度明显下降的问题。因此，为了提高碳纳米管表面上的电场强度，必须在阴电极和引出电极或阳电极之间施加高电压，所以难以降低电压。

[0017] 另外，组成所述阴极的许多碳纳米管的形状和生长方向是不均匀的，所以发射电子的数量也是不均匀的，从而会有亮度发生变化的问题。

发明内容

[0018] 如上述，本发明的第一个目的是提供了一种制造管状碳分子的方法，它能以更精细的间隔规则排列碳纳米管。

[0019] 本发明的第二个目的是提供以更精细的间隔规则排列的管状碳分子，它适合用于制造FED、记录设备等。

[0020] 本发明的第三个目的是提供制造记录设备的方法和记录设备，所述记录设备能通过使用以更精细间隔规则排列的碳分子来进一步提高记录密度。

[0021] 本发明的第四个目的是提供制造场致电子发射的方法和由所述方法得到的场致电子发射器件，所述方法能大规模生产包括阴极的场致电子发射器件，在所述阴极中，碳纳米管以更精细的间隔规则排列。

[0022] 本发明的第五个目的是提供制造显示单元的方法和由所述方法得到的显示单元，所述方法能大规模的生产精细间隔的显示单元，所述显示单元通过使用包括阴极的场致电子发射器件来清楚的显示更清晰的图像，在所述阴极中，碳纳米管以更精细的间隔规则排列。

[0023] 本发明制造管状碳分子的方法包括：催化剂排列步骤，它通过熔化来分布对管状碳分子具有催化功能的金属，所述熔化是通过调制热分布来达到的；以及生长管状碳分子的生长步骤。

[0024] 本发明的管状碳分子是这样形成的，即通过熔化来排列对管状碳分子具有催化功能的金属和通过使用具有催化功能的金属生长管状碳分子，所述熔化是通过调制热分布来达到的。

[0025] 本发明制造记录设备的方法包括：催化剂排列步骤，它通过熔化来排列对管状碳分子具有催化功能的金属，所述熔化是通过调制热分布来达到的；以及生长管状碳分子的生长步骤；在预定平面形成所述管状碳分子的尖端以及将所述尖端形成为开口尖端(open tip)的均化步骤；插入步骤，它从所述开口尖端将所述磁性材料至少插入所述管状碳分子的一个尖端部分。

[0026] 本发明制造场致电子发射器件的方法包括：催化剂排列步骤，它通过调制热分布将对管状碳分子具有催化功能的金属排列在基材上；通过生长管状碳分子形成阴极的阴极生长步骤。

[0027] 本发明的场致电子发射器件包括阴极，所述阴极包括使用对管状碳分子具有催化功能的金属来生长的管状碳分子，所述管状碳分子通过熔化排列在基材上，所述熔化是通过调制热分布来达到的。

[0028] 在本发明制造显示单元的方法中，所述显示单元包括场致电子发射器件和基于电子碰撞发光的发光部分，所述电子由所述场致电子发射器件发出，并且形成所述场致电子发射器件的步骤包括：催化剂排列步骤，它通过熔化将对管状碳分子具有催化功能的金属排列在基材上，所述熔化是通过调制热分布达到的；通过生长管状碳分子形成阴极的阴极生长步骤。

[0029] 本发明的显示单元包括场致电子发射器件和基于电子碰撞发光的发光部分，所述电子由所述场致电子发光部分发出，所述场致电子发射器件包括阴极，所述阴极包括使用对管状碳分子具有催化功能的金属来生长的管状碳分子，所述管状碳分子通过熔化排列在基材上，所述熔化是通过调制热分布来达到的。

[0030] 在本发明制造管状碳分子的方法中以及本发明的管状碳分子中，通过熔化形成由金属组成的图案，所述金属对形成管状碳分子具有催化功能，所述熔化是通过调制热分布达到的。之后，通过使用形成的图案形成管状碳分子。

[0031] 在本发明制造记录设备的方法中，对形成管状碳分子有催化功能的金属通过熔化以排列成所需的图案，所述熔化是通过调制热分布达到的。之后，通过使用具有催化功能的金属生长管状碳分子，并在预定的平面内形成管状分子的尖端，并将所述尖端形成为开口尖端。然后，将磁性材料由所述开口尖端插入所述管状碳分子的尖端部分，形成磁性层。

[0032] 在本发明的记录设备中，插入各个管状碳分子的磁性层与在其它相邻管状碳分子中的磁性层隔开，所以能在各个管状碳分子中的磁性层上准确地读写信息。

[0033] 在本发明制造场致电子发射器件的方法中、在本发明场致电子发射器件中、在本发明制造显示单元的方法中和在本发明的显示单元中，通过熔化将对管状碳分子具有催化功能的金属分布在基材上，所述熔化是通过调制热分布达到的。之后，生长管状碳分子来形成阴极。

[0034] 附图简述

[0035] 图1是描述本发明第一个实例，即制造碳纳米管方法中的熔化步骤的示意图；

[0036] 图2是描述图l所示步骤之后的步骤(沉积步骤)的示意图；

[0037] 图3是描述图2所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0038] 图4A和4B是描述本发明第二个实例，即制造碳纳米管方法中的高度均化步骤的示意图；

[0039] 图5A和5B是描述本发明第四个实例，即制造记录设备方法中的插入步骤的示意图。

[0040] 图6是图5A和5B所示记录设备处于记录状态的一个例子的示意图；

[0041] 图7是描述本发明改进方法1，即制造碳纳米管方法中的熔化步骤的示意图；

[0042] 图8是图7所示在基材表面上形成热分布的例子的示意图；

[0043] 图9是图7所示热分布的另一个例子的平面图；

[0044] 图10是描述图7所示步骤之后的步骤(沉积步骤)的示意图；

[0045] 图11是图10所示基材表面的部分放大平面图；

[0046] 图12是描述图10所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0047] 图13是所示基材表面的部分放大平面图，其中沉积步骤是在形成图9所示的热分布之后进行的；

[0048] 图14是描述本发明改进方法2，即制造碳纳米管方法中的沉积步骤的示意图；

[0049] 图15是图14所示沉积区域的一个改进方法的截面图；

[0050] 图16是图14所示沉积区域的另一个改进方法的截面图；

[0051] 图17是描述图14所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0052] 图18是描述本发明改进方法3，即制造碳纳米管方法中的沉积步骤的示意图；

[0053] 图19是图18所示基材表面的部分放大平面图；

[0054] 图20是描述图18所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0055] 图21是描述本发明改进方法4，即制造碳纳米管的方法中的凸起(projection)形成步骤的示意图；

[0056] 图22A-22C是描述图21所示步骤之后的步骤(转印(transferring)步骤)的示意图；

[0057] 图23是描述图22A-22C所示转印图案的一个改进方法的截面图；

[0058] 图24是描述图22A-22C所示转印图案的另一个改进方法的截面图；

[0059] 图25是描述图22C所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0060] 图26是描述本发明的改进方法5，即制造碳纳米管的方法中的凸起形成步骤的示意图；

[0061] 图27是描述图26所示步骤之后的步骤(转印步骤)的示意图；

[0062] 图28是描述图27所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0063] 图29是图28所示碳纳米管结构体的显微照片；

[0064] 图30是描述围绕图29所示白色部分中心的区域的SEM照片；

[0065] 图31是描述围绕图29所示白色部分和黑色部分之间边界的区域的SEM照片；

[0066] 图32A和32B是描述本发明改进方法6，即制造碳纳米管方法中的涂层形成步骤的示意图；

[0067] 图33A和33B是描述图32B所示步骤之后的步骤(转印步骤)的示意图；

[0068] 图34是描述图33B所述步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0069] 图35A-35C是描述本发明改进方法7，即制造碳纳米管方法中的转印步骤的示意图；

[0070] 图36A-36C是描述本发明改进方法8，即制造碳纳米管方法中的催化剂排列步骤的示意图；

[0071] 图37是图36C所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0072] 图38是描述本发明改进方法9，即制造碳纳米管方法中的凸起形成步骤的示意图；

[0073] 图39A和39B是描述图38所示步骤之后的步骤(平整化步骤)的示意图；

[0074] 图40是描述图39所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0075] 图41是描述本发明的改进方法10，即制造碳纳米管的方法中的母板(master)的截面图；

[0076] 图42A和42B是描述图41所示步骤之后的步骤(顶表面转印步骤)的示意图；

[0077] 图43是图42B所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0078] 图44是描述本发明改进方法11，即制造碳纳米管方法中的控制层形成步骤的示意图；

[0079] 图45是描述图44所示步骤之后的步骤(生长步骤)的示意图；

[0080] 图46是描述本发明的第一个实例，即制造场致电子发射器件方法和制造FED方法中的阴极形成步骤的示意图；

[0081] 图47是描述图46所示步骤之后的步骤(分隔槽形成步骤)的示意图；

[0082] 图48是描述图47所示步骤之后的步骤(分隔槽形成步骤)的示意图；

[0083] 图49是使用场致电子发射器件的FED的简要结构的示意图，所述场致电子发射器件包括图48所示的阴极；

[0084] 图50是描述本发明改进方法12，即分隔槽形成步骤的示意图；

[0085] 图51是描述本发明改进方法13，即制造场致电子发射器件方法中的分隔槽形成步骤的示意图；

[0086] 图52是描述图51所示步骤之后的步骤(分隔槽形成步骤)的示意图；

[0087] 图53是描述图52所示步骤之后的步骤(阴极形成步骤)的示意图；

[0088] 图54是描述本发明改进方法14，即分隔槽形成步骤的示意图；

[0089] 图55是描述本发明改进方法15，即制造场致电子发射器件方法和制造FED方法中的阴极形成步骤的示意图；

[0090] 图56是描述图55所示步骤之后的步骤(分隔槽形成步骤)的示意图；

[0091] 图57是描述使用场致电子发射器件的FED的简要结构的示意图，所述场致电子发射器件包括图56所示的阴极；

[0092] 图58是描述本发明改进方法16，即分隔槽形成步骤的示意图；

[0093] 图59A和59B是描述本发明第6个实例，即制造场致电子发射器件方法和形成FED方法中的阴极形成步骤的示意图；

[0094] 图60是描述图59B所示步骤之后的步骤(阴极形成步骤)的示意图；

[0095] 图61是描述图60所示步骤之后的步骤(分隔槽形成步骤)的示意图；

[0096] 图62是描述使用场致电子发射器件的FED的简要结构的示意图，所述场致电子发射器件包括图61所述的阴极；

[0097] 图63A和63B是描述本发明改进方法17，即阴极形成步骤的示意图；

[0098] 图64是描述本发明改进方法18，即阴极形成步骤的示意图；

[0099] 图65A和65B是描述图64所示步骤之后的步骤(阴极形成步骤)的示意图；

[0100] 图66A和66B是描述本发明改进方法19，即阴极形成步骤的示意图；

[0101] 图67A和67B是描述本发明改进方法20，即催化剂排列步骤中的还原/沉积步骤的示意图；

[0102] 图68A和68B是描述本发明第7个实例，即在制造场致电子发射器件方法和制造FED方法中的沉积部分和分隔槽形成步骤的示意图；

[0103] 图69A-69C是描述了图68B所述步骤之后的步骤(引出电极形成步骤)的示意图；

[0104] 图70是描述图69C所述步骤之后的步骤(阴极形成步骤)的示意图；

[0105] 图71是是描述使用场致电子发射器件的FED的简要结构的截面图，所述场致电子发射器件包括图70所示的阴极；

[0106] 图72A-72C是描述了本发明改进方法21，即在催化剂排列步骤中的凸起形成步骤、分隔槽形成步骤和控制层形成步骤的示意图；

[0107] 图73A-73C是描述图72C所示步骤之后的步骤(引出电极形成步骤)的示意图；

[0108] 图74是描述图73C所示步骤之后的步骤(阴极形成步骤)的示意图；

[0109] 图75是描述常规FED结构的截面图。

[0110] 本发明的最佳实施方式

[0111] 本发明的优选实例可通过参照附图如下详细描述。

[0112] 《制造管状碳分子的方法》

[0113] 〔第一个实例〕

[0114] 首先，参照附图1-3，下面描述本发明制造管状碳分子的方法的第一个实例。在本实例的方法中，形成了包括沿一个方向上排列的许多碳纳米管的碳纳米管结构体，本实例的方法包括“催化剂排列步骤”和使用具有催化功能的金属生长碳纳米管的“生长步骤”，所述催化剂排列步骤包括通过熔化排列对碳纳米管具有催化功能的金属，所述熔化是通过调制热分布达到的。所得碳纳米管结构体可用作例如FED或记录设备的阴极。

[0115] 在这种情况下，所述碳纳米管包括许多形式，例如许多碳纳米管排列成精细图案的碳纳米管结构体、在碳纳米管中引入外部材料的碳纳米管结构体、或者许多碳纳米管排列成精细图案并且在碳纳米管中引入外部材料的碳纳米管结构体。在该实例中，将要描述许多碳纳米管排列成精细图案的碳纳米管结构体。

[0116] 而且，在该实例中，所述催化剂排列步骤包括“熔化步骤”和“沉积步骤”，所述熔化步骤是向基材10的表面施加调制热分布11，以熔化所述基材10的表面，所述沉积步骤是根据热分布11将第二材料沉积就位，即通过所述基材10表面的散热沉积成所需图案。

[0117] (熔化步骤)

[0118] 首先，参照图1如下描述所述熔化步骤。在这种情况下，所述基材10由第一材料制成，并且将作为沉积材料的第二材料加入到所述第一材料中。所述第二材料具有正偏析系数，即通过向所述第一材料加入所述第二材料降低所述第一材料的熔点，以及在加热熔化后，所述第一材料在冷却过程中固化的情况下，第二材料保留在熔化区的性质。在该实例中，可使用硅(Si)基材作为由第一材料制成的基材10，作为第二材料，可使用铁(Fe)作为金属催化剂。

[0119] 所述基材10的厚度为例如40纳米，它由例如硅制成的支撑体10A支撑。在基材10具有足够厚度的情况下，所述支撑体10A不是必需的。

[0120] 作为所述第一材料，可使用任何其它半导体材料(例如锗(Ge)等)和金属材料(例如高熔点金属如钽(Ta)、钨(W)或铂(Pt)或其合金)来代替上述硅。

[0121] 作为用作形成碳纳米管的金属催化剂的第二材料，可使用钒(V)、锰(Mn)、钻(Co)、镍(Ni)、钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)或铂(Pt)代替上述铁(Fe)。而且可以使用钇(Y)、镥(Lu)、硼(B)、铜(Cu)、锂(Li)、硅(Si)、铬(Cr)、锌(Zn)、钯(Pd)、银(Ag)、钌(Ru)、钛(Ti)、镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)或铒(Er)。而且，可同时使用选自上述材料的两种或多种，或者可使用选自上述材料的两种或多种的化合物(compound)。而且，可使用金属酞菁化合物、茂金属或金属盐。可使用氧化物或硅化物。

[0122] 另外，根据用途，可使用由金属元素或准金属元素(例如铝(Al)、硅(Si)、钽(Ta)、钛(Ti)、锆(Zr)、铌(Nb)、镁(Mg)、硼(B)、锌(Zn)、铅(Pb)、钙(Ca)、镧(La)或锗(Ge))的氮化物、氧化物、碳化物、氟化物、硫化物、氮氧化物、碳-氮化物或O-C化合物组成的介电材料作为所述第二材料。更具体地说，可使用AlN、Al2O3、Si3N4、SiO2、MgO、Y2O3、MgAl2O4、TiO2、BaTiO3、SrTiO3、Ta2O5、SiC、ZnS、PbS、Ge-N、Ge-N-O、Si-N-O、CaF2、LaF、MgF2、NaF、TiF4等。而且，可使用包括任何这些材料作为主要组分的材料、这些材料的混合物(例如AlN-SiO2)。
另外，可使用磁性材料如铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或镓(Gd)。

[0123] 所述热分布11包括高温区域11H和低温区域11L，通过利用辐射能量束12来从空间上调整所述基材10的表面温度，从而周期性地形成所述高温区域11H和低温区域11L。所述能量束12是具有单波长且同相的平行光，在本实例中，可使用XeCl准分子激光来得到高输出。

[0124] 在本实例中，所述热分布11是通过衍射光栅13使所述能量束12衍射来施加的。所述衍射光栅13通过使能量束12衍射来从空间上调整能量大小，并且在所述衍射光栅13中，线性槽13A例如可沿一维方向以均匀周期间隔P分布在光学玻璃板上，在该实例中，所述线性平行槽13A例如可沿一维方向以例如1微米的周期间隔P分布在由石英材料制成的板上，所述衍射光栅13沿着所述槽13A分布的一维方向调整所述能量束12的能量大小。此外，所述衍射光栅13并不一定局限于形成凸起和凹入(例如槽)的衍射光栅，例如，可使用这样的衍射光栅，它具有通过印刷等形成的所述能量束12能穿过的透射部分和所述能量束12不能穿过的非透射部分。

[0125] 当使用这种衍射光栅13时，可沿着所述槽13A的扩展方向线性地形成高温区域11H，且所述高温区域沿着所述槽13A分布的一维方向分布。热分布11的空间周期T(即高温区域11H之间的间隔(间距))由衍射光栅13中的周期间隔P和能量束12的波长λ决定。所述波长λ越短，或者所述周期间隔P越短，那么所述热分布的空间周期T就降低得越多。

[0126] 设置所述能量束12的能量大小，这样所述温度就能达到所述低温区域11L中的基材表面能熔化的温度。因此，所述基材10的全部表面就能熔化。此时，当准分子激光用作能量束12时，所述能量大小可由发光脉冲的辐射数量决定。在该实例中，所述能量束12的2
能量大小例如是350毫焦/厘米 ，且辐射脉冲的数量是10。

[0127] 然后，参照图2，如下描述沉积步骤。当在熔化步骤中所述基材10的表面熔化后，停止使用能量束12辐射时，所述基材10表面的温度逐渐下降，这样所述基材10的表面就能固化。此时，第二材料(Fe)移入所述高温区域11H，最后，所述第二材料沉积在高温区域11H的固化部分中。因此，所述第二材料沉积在对应于所述高温区域11H的位置上，形成基本上为平面形状的沉积区域14。因此，可得到带有沉积区域14的图案的基材15。

[0128] 在这种情况下，“平面形状”表示基本上平的，离开所述基材15表面的高度与表面粗糙度一样小，例如小于1纳米。

[0129] 当所述高温区域11H沿一维方向对应于所述槽13A线性排列时，所述沉积区域14形成为对应于所述高温区域11H的沿一维方向排列的线性图案。所述沉积区域14的宽度(线宽)W(即沉积区域14在热分布区域11的受调方向上的尺寸)由所述基材10中的第二材料(铁)的含量决定，所以所述第二材料的含量越高，所述沉积区域14的宽度W越大。原则上，所述沉积区域14的宽度W可以是大于第二材料的原子尺寸的任意值，所以，通过控制所述基材10中的第二材料的含量，所述沉积区域14的宽度W可小于50纳米，这对于常规光刻技术来说是不能得到的。

[0130] 所述沉积区域14的宽度W的具体值是由第二材料以及所述沉积区域14的用途决定的。例如，如下述图3所示，在许多碳纳米管16通过作为催化剂沉积在沉积区域14中的铁来线性地排列的所述碳纳米管结构体17的情况下，所述沉积区域14的宽度W优选在0.4纳米-小于50纳米的范围内，因为所述碳纳米管的尺寸最小是0.4纳米。

[0131] 所述沉积区域14的宽度W更优选在0.4到30纳米的范围内，因为许多碳纳米管16的尺寸范围为0.4-30纳米。

[0132] 而且，所述沉积区域14的宽度W更优选在0.4-10纳米的范围内。这是因为许多碳纳米管沿所述沉积区域14的宽度方向密集形成的可能性减小，所以在碳纳米管结构体17用作例如场致电子发射器件(发射器)的情况下，可防止各个碳纳米管16表面上的电场强度下降，并可降低电场发射必需施加的电压。而且，这是因为当所述碳纳米管结构体17用作例如记录设备(存储器)时，在某些情况下必需沿宽度方向在一个沉积区域14中只形成一个碳纳米管16，所以所述碳纳米管16的尺寸优选与所述沉积区域14的宽度W匹配。

[0133] 而且，所述沉积区域14之间的间隔L(即热分布11的受调方向上的沉积区域14之间的间隔(间距))由所述热分布11的空间周期T决定，即所述衍射光栅13的周期间隔P和所述能量束12的波长λ。所述波长λ越短，或者所述周期间隔P越小，所述沉积区域14之间的间隔L就会下降得越多，且可以精细间隔L形成所述沉积区域14，这对于常规光刻法来说是不可能得到的。

[0134] 所述沉积区域14之间的间隔L例如优选是100纳米或更小。在常规光刻法中，所述分辨率限制是50纳米，因此，由常规光刻法形成的最小图案包括例如50纳米的凸起、50纳米的凹入和50纳米的凸起，并且所述图案之间的间隔是所述分辨率限制的2倍，即100纳米。此外，所述沉积区域14之间的间隔L更优选是50纳米或更小。这是因为常规电子束光刻的分辨率限制是约25纳米，所以由常规电子束光刻形成的最小图案之间的间隔是所述分辨率限制的2倍，即50纳米。

[0135] 这样完成所述催化剂排列步骤，并在所述基材10上形成包括所述沉积区域14的基材15。

[0136] (生长步骤)

[0137] 然后，参照图3，如下描述生长步骤。碳纳米管16通过CVD(化学气相沉积)方法在所述基材15上生长。作为生长环境，例如可使用甲烷(CH4)作为含碳化合物，它是碳纳米管16的材料，沉积在所述沉积区域14上的铁用作催化剂，所述生长步骤在900℃进行15分钟。所述碳纳米管16仅在所述沉积区域14中生长，因此许多碳纳米管16根据所述沉积区域14的图案线性排列的碳纳米管结构体17形成在所述基材15上。所述碳纳米管16的直径由作为碳纳米管16的材料的含碳化合物以及生长环境决定。

[0138] 因此，在该实例中，形成沉积区域14的图案，并通过熔化进行排列，所述沉积区域14由对形成所述碳纳米管16有催化功能的铁制成，所述熔化是通过调制热分布达到的，所述碳纳米管16通过所述沉积区域14的图案生长，所以通过控制所述热分布11可以精细间隔L形成具有精细宽度W的沉积区域14的图案，所述精细宽度W和精细间隔L是常规光刻法所难以达到的，可在所述基材15上形成碳纳米管16对应于所述沉积区域14的图案规则排列的碳纳米管结构体17。

[0139] 而且，包括沉积区域14的图案的基材15可通过干法得到，所以，相比使用常规光刻法的工艺，该实例可具有一些优点，如生产更容易，重复性更好，以及成本降低。

[0140] 此外，在该实例中，将所述热分布11施加到由包含铁作为添加剂的硅制成的基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面之后，所述基材10表面上的热量就散失了，所以铁可选择性地沉积在对应于所述热分区11的位置上，以形成基本上为平面形状的沉积区域
14的图案。

[0141] 另外，在该实例中，所述热分布11是通过使所述能量束12衍射来施加的，所以，当所述衍射光栅13中的周期间隔P降低时，所述热分布11的空间周期T就容易控制，并且所述沉积区域14之间的间隔L更精细，从而精确的更高。

[0142] 〔第二个实例〕

[0143] 然后，如下描述本发明的第二个实例。所述实例还包括在根据第一个实例形成所述碳纳米管结构体17后的高度均化步骤，并将所述尖端形成为开口尖端(开口末端)，所述高度均化步骤是在预定平面形成所述碳纳米管16的尖端。

[0144] 在该实例中，“高度”表示所述碳纳米管16的尖端位置，即基材10的表面和所述碳纳米管16的尖端之间的距离。因此，所述碳纳米管16的高度可与所述碳纳米管16的长度(即在延伸方向上的实际尺寸)不同。

[0145] (高度均化步骤)

[0146] 参照图4A和4B如下描述所述高度均化步骤。首先，如图4A所示，围绕所述碳纳米管16形成固定层18，以通过所述固定层18固定所述碳纳米管16。作为所述固定层18的材料，可使用例如绝缘材料(如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或金属氧化膜薄膜)或半导体材料如硅或锗。作为形成固定层18的方法，可使用例如等离子体增强CVD(PECVD)法、PVD(物理气相沉积)法、SOG(玻璃旋转(spin on glass))法等。所述固定层18的厚度并没有具体限制。

[0147] 接着，如图4B所示，例如所述碳纳米管16与所述固定层18一起通过CMP(化学机械抛光)法进行抛光。因此，所述碳纳米管16的尖端排列在相同的平面PL中，所述尖端通过抛光进行开口，形成开口尖端16A。

[0148] 因此，可得到以所需图案排列在所述基材15上的碳纳米管16，其尖端形成在预定平面PL中，且所述尖端形成为开口尖端16A。所以，所述碳纳米管结构体17中的碳纳米管16的高度可得到均化。而且，围绕所述碳纳米管16形成所述固定层18，以通过所述固定层
18固定所述碳纳米管。因此，所述碳纳米管16可以更坚韧，所述碳纳米管结构体17可更容易处理。

[0149] 在该实例中，所述碳纳米管16的尖端排列在相同的平面PL内。例如，在碳纳米管结构体17用作FED的情况下，即使有与所述基材10的表面成一定角度生长的碳纳米管16，也能进行所有碳纳米管16的电场发射，从而得到均匀的发射特性。而且，当所述碳纳米管16的尖端是开口尖端16A时，所述电场发射特性可以更好，从而可在低电压下进行电场发射。

[0150] 在该实例中，描述了在如图4B所示进行抛光时，固定层18用作平面层的情况；但是，没有抛光的且处于图4A所述状态的固定层18可用于例如FED。在这种情况下，所述碳纳米管16由固定层18固定，所以所述碳纳米管16可以更坚硬，所述碳纳米管结构体17可容易地处理。

[0151] 〔第三个实例〕

[0152] 接着，如下述描述本发明第三个实例的制造碳纳米管的方法。在本发明的方法中，所需材料包括在所述第一个实例的生长步骤中的碳纳米管16的尖端部分中。所得碳纳米管结构体17根据例如所引入的材料可用于许多用途，在该实例中，通过引入磁性材料如铁，这样所述碳纳米管结构体17就可用作记录设备。

[0153] 作为在生长所述碳纳米管16时引入所需材料的方法，可使用作为CVD方法之一的VLS(气相-液相-固相)法。所述VLS法使用了这样的机理，即分解包含碳的气体，形成包括碳和具有催化功能的金属的合金滴，所述碳纳米管16沿一个方向生长在所述合金滴上。在所述VLS方法中，当所述碳纳米管16生长时，作为催化剂的铁移到所述碳纳米管16的尖端，所以铁能被引入所述碳纳米管16的尖端中。因此，就能得到所述碳纳米管结构体17(包括位于其尖端中的铁的碳纳米管16排列成所需图案)。铁被引入所述碳纳米管
16的尖端中的现象见上文所述，Masafumi Ata和其它三人，Japanese Journal of Applied Physics(Jpn.J.Appl.Phys.)，1995年，第34卷，第4207-4212页)。

[0154] 在该实例中，铁例如沉积在所述沉积区域14中，当所述碳纳米管16通过使用作为催化剂的铁生长时，铁引入所述碳纳米管16的尖端中。因此，当沉积在所述沉积区域14中的材料变化时，所需材料可引入所述碳纳米管16的尖端中。作为引入所述碳纳米管16中的所需材料，可使用任何可用作形成碳纳米管的金属催化剂的材料，所需材料的具体例子与第一个实例中所述第二材料的例子相同。

[0155] 而且，根据用途不同，可使用第一个实例中所述作为第二材料例子的介电材料作为引入所述碳纳米管16中的材料。

[0156] 因此，在该实例中，当所述碳纳米管16生长时，铁引入碳纳米管16的尖端中，所以就能得到所述碳纳米管结构体17(在其尖端中引入铁的碳纳米管16排列成所需图案)。

[0157] 《制造记录设备的方法》

[0158] 〔第四个实例〕

[0159] 然后，如下描述本发明第四个实例的制造记录设备的方法。本实例的方法包括插入步骤，即将磁性材料从所述碳纳米管16的开口尖端16A插入所述碳纳米管16的尖端部分，所述碳纳米管16具有均匀的高度，它得自所述第二个实例。所得碳纳米管结构体17可例如用于记录设备。

[0160] (插入步骤)

[0161] 参照图5A和5B，如下描述所述插入步骤。首先，如图5A所述，通过例如旋涂法、气相沉积法或PVD法，由例如磁性材料(如铁)制成的薄膜19形成在固定层18上，以封闭(block)所述开口尖端16A。同时，所述薄膜19由所述开口尖端16A进入所述碳纳米管16。

[0162] 然后，如图5B所示，所述薄膜19通过例如CMP法进行抛光，直到露出所述固定层18，从而除去进入所述碳纳米管16中的部分之外的薄膜19。因此，由铁制成的磁性层19A围绕所述碳纳米管16的尖端插入，可得到所述碳纳米管16(其中所需材料至少插入其尖端部分中)。

[0163] 这样形成本实例的记录设备20。所述记录设备20包括在所述基材上排成所需图案的碳纳米管16以及由至少插入所述碳纳米管16的尖端部分的磁性材料组成的磁性层19A。所述记录设备20包括所述碳纳米管结构体17，其中所述碳纳米管16排成所需精细图案，由铁制成的磁性层19A插入各个碳纳米管16中，所以磁化的长度就能具有小的尺寸，这是常规光刻法所不能达到的，因此所述记录密度就非常高。所述插入各个碳纳米管16的磁性层19A与其它相邻碳纳米管16中的磁性层19A隔开，所以就能在各个磁性层19A上进行精确地读和写信息。

[0164] 而且，在第二个实例的情况下，所述碳纳米管16的尖端形成在预定平面中，所述尖端是开口尖端16A。因此，所述碳纳米管结构体17中的碳纳米管16的高度可以是均化的。此外，所述固定层围绕所述碳纳米管16形成，以通过所述固定层18固定所述碳纳米管16。因此，所述碳纳米管16可以更坚硬，而所述记录设备20可容易处理。

[0165] 图6描述了记录设备20中的记录状态的例子。在所述记录设备20中，如箭头所示，信号的记录(写)和再现(读)可通过控制所述磁性层19A的磁化方向来进行。当写和读信号时，所述信号可例如通过用细卷(fine coil)在预定方向上生成磁通量来写入，所述信号可通过GMR头读出，或者写和读信号可通过所谓的磁光系统来完成。

[0166] 通过例如磁光系统在所述记录设备20上写和读可如下述。在所述记录设备20上写是通过下述步骤完成的。将由铁制成的磁性层19A的温度提高到Curie温度，以通过偏磁场将所述磁性层19A的磁化方向排成预定方向(删除模式)。之后，将所述偏磁场的磁化方向排列成与所述删除模式相反的方向，通过使用激光束仅提高特定碳纳米管16的磁性层19A的温度，所述激光束的斑直径通过光学透镜(没有显示)来降低，并停止用激光束辐照，从而将所述磁性层19A的磁化方向改变成与删除时相反的方向。而且，来自记录设备20的读操作是通过例如下述步骤进行的。所述碳纳米管16中的磁性层19A用激光束辐照，以监测所述激光束的发射光的Kerr旋转角，因此就能得到各个磁性层19A的磁化方向作为再现信号。同时，在该实例中，所述磁性层19A由碳纳米管16分隔，所以就能保持稳定的预定磁化方向，且不会影响相邻碳纳米管16中的磁性层19A。

[0167] 因此，在本实例中包括了所述碳纳米管结构体17(其中所述碳纳米管16排成所需精细图案)，且由铁制成的磁性层19A插入各个碳纳米管16中，所以能得到具有极高记录密度的记录设备20。而且，所述磁性层19A由碳纳米管16分隔，所以能长时间的保持稳定的预定磁化方向，且没有影响相邻碳纳米管16中的磁性层19A。因此，提高了所述记录设备的可靠性。

[0168] 《制造管状碳分子的改进方法》

[0169] 在描述制造场致电子发射器件和制造FED的方法之前，如下描述本发明第一个实例的制造碳纳米管的改进方法(1-11)。由这些改进方法制造的碳纳米管可用于制造碳纳米管16，如第二个实例的图4A和4B所示，其高度是均化的。而且，通过使用由改进方法制造的碳纳米管，可制造如第三个实例所述的所需材料插入其尖端部分的所述碳纳米管16，或者制造第四个实例所示的图5A-6的记录设备20。此外，由所述改进方法制造的碳纳米管可应用到下述场致电子发射器件和FED。

[0170] 〔改进方法1〕

[0171] 首先，参照图7-13如下描述改进方法1。在所述改进方法中，熔化步骤中的能量束的能量大小沿二维方向调制，即X方向和Y方向，以将X方向热分布31X和Y方向热分布31Y施加到所述基材10的表面上。

[0172] (熔化步骤)

[0173] 首先，参照图7如下描述熔化步骤。所述X方向31X包括X方向高温区域31HX和X方向低温区域31XL，它们是通过调整X方向上的基材10的表面温度来周期性地形成的。所述Y方向热分布31Y包括Y方向高温区域31HY和Y方向低温区域31YL，它们是通过调整Y方向上的基材10的表面温度来周期性地形成的。

[0174] 例如通过衍射光栅32使所述能量束12发生衍射来施加所述X方向热分布31X和Y方向热分布31Y，在所述衍射光栅32中，沿二维方向排列非透射部分32A和透射部分32B。作为所述衍射光栅32，可使用将例如能量束12不能穿过的掩模印刷在所述非透射部分32A上的衍射光栅等。

[0175] 图8描述了这样的状态，即通过在所述基材10的表面上堆叠X方向温度分布31X和Y方向温度分布31Y形成热分布33。如图8所示，包括高温区域33H和低温区域33L的热分布33形成在所述基材10的表面上，所述高温区域33H的位置是所述X方向高温区域31XH和Y方向高温区域31YH相互层叠的位置，所述低温区域33L的位置是X方向低温区域
31XL和Y方向低温区域31YL相互层叠的位置。因此，所述高温区域33H在二维方向上，沿着非透射部分32A和透射部分32B排列的方向排列。

[0176] 热分布33中X方向上的空间周期TX(即X方向上高温区域33H之间的间隔(间距))由光栅32中X方向上的周期间隔PX和能量束12的波长λ决定。而且，热分布33中Y方向上的空间周期TY(即Y方向上高温区域33H之间的间隔(间距))由衍射光栅32中Y方向上的空间间隔PY和所述能量束12的波长λ决定。所述波长λ越小，或者所述周期间隔PX和PY越小，热分布33中空间间隔TX和TY就减少得越多。在该实例中，所述衍射光栅32中X方向上的周期间隔PX表示X方向上一个非透射部分32A的尺寸和X方向上一个透射部分32B的尺寸之和，所述衍射光栅32中Y方向上的周期间隔PY表示Y方向上一个非透射部分32A的尺寸和Y方向上一个透射部分32B的尺寸之和。

[0177] 在衍射光栅32中，X方向上的周期间隔PX和Y方向上的周期间隔PY可分别设置。因此，如图9所示，所述热分布33中X方向上的空间间隔TX和Y方向上的空间间隔TY可分别设置。

[0178] 作为衍射光栅32，可使用形成凹入部分或凸起部分的衍射光栅代替通过掩模印刷形成非透射部分32A和透射部分32B的衍射光栅。在使用形成凸起和凹入部分的衍射光栅32的情况下，衍射光栅32中X方向上的周期间隔表示X方向上所述凹入部分(或凸起部分)之间的间隔(间距)，衍射光栅31中Y方向上的周期间隔PY表示Y方向上凹入部分(或凸起部分)之间的间隔(间距)。

[0179] 设置所述能量束12的能量大小，这样所述温度就能达到低温区域33L中基材10的表面能熔化的温度。因此，所述基材10的整个表面都能熔化。此时，当准分子激光用作能量束12时，所述能量大小可通过发光脉冲辐照的数量来控制。

[0180] (沉积步骤)

[0181] 然后，参照图10和11如下描述沉积步骤。在熔化步骤中，当在所述基材10的表面全部熔化后，停止用所述能量束辐照时，所述基材10表面的热量就散失，这样所述第二材料就沉积在对应于所述热分布33的位置中，即对应于高温区域33H的区域，因此，形成了基本上为平面形状的沉积区域34。所以，得到带有沉积区域34的图案的基材35。

[0182] 当所述高温区域33H沿二维方向排列在所述基材10的表面上时，形成了点状图案的沉积区域34，所述点状图案对应于所述高温区域33H沿二维方向排列在所述基材10的表面上。在所述沉积区域34中，X方向上的尺寸(直径)DX和Y方向上的尺寸(直径)DY由所述基材10中的第二材料的含量决定。所述第二材料的含量越大，所述沉积区域34的尺寸DX和DY提高越大。所述沉积区域34的尺寸DX和DY可以是大于所述第二材料的原子尺寸的任意值，所以，通过控制所述基材10中的第二材料的含量，所述沉积区域34的DX和DY尺寸可小于50纳米，这是通过常规光刻技术所不可能达到的。

[0183] 所述沉积区域的尺寸DX和DY的具体值是由第二材料和所述沉积区域34的用途决定的；但是，例如如图12所示，当通过使用沉积在所述沉积区域34上作为催化剂的铁形成碳纳米管结构体37(其中许多碳纳米管36是二维排列的)时，所述沉积区域37的尺寸DX和DY优选在0.4纳米到小于50纳米的范围内。这是因为所述碳纳米管36的直径最小是0.4纳米。

[0184] 所述沉积区域34的尺寸DX和DY更优选为0.4-30纳米。这是因为许多碳纳米管36的直径为0.4-30纳米。

[0185] 而且，所述沉积区域34的尺寸DX和DY更优选在0.4-10纳米的范围内。这是因为许多碳纳米管16在所述沉积区域34沿X方向或Y方向密集形成的可能性下降了，所以当所述碳纳米管结构体37用作例如场致电子器件时，可防止各个碳纳米管36的表面上的电场强度下降，且降低了所述电场发射必须施加的电压。而且，这是因为当所述碳纳米管结构体37用作例如记录设备(存储器)时，在有些情况下必须在X方向和Y方向上的一个沉积区域34中只形成一个碳纳米管36，所以所述碳纳米管36的直径优选玉所述沉积区域34的尺寸DX和DY匹配。

[0186] 而且，在所述沉积区域34中，X方向上的间隔LX和Y方向上的间隔LY由所述热分布33中的空间周期TX和TY决定，即所述衍射光栅32中的空间间隔PX和PY以及所述能量束的波长λ。所述波长λ越短，或者所述衍射光栅32中的空间间隔PX和PY越小，所述沉积区域34之间的间隔LX和LY就降低得越多，并且所述沉积区域34就能形成精细的间隔LX和LY，这是常规光刻法所不能得到的。

[0187] 所述沉积区域34之间的间隔LX和LY例如优选是100纳米或更小。如上述，在常规光刻法中，所述分辨率限制是50纳米，因此，由常规光刻法形成的最小图案包括例如50纳米的凸起、50纳米的凹入和50纳米的凸起，所述图案之间的间隔是所述分辨率限制的2倍，即100纳米。而且，所述沉积区域34之间的间隔LX和LY更优选为50纳米或更小。这是因为常规电子束光刻法中的分辨率限制是约25纳米，所以由常规电子束光刻法形成的最小图案之间的间隔是所述分辨率限制的2倍，即50纳米。

[0188] 这样完成了所述催化剂排列步骤，并在所述基材10上形成了包括所述沉积区域34的基材35。

[0189] 如图9所示，当所述热分布33中X方向上的空间周期TX和Y方向上的空间周期TY单独设置时，如图13所示所述沉积区域34可根据所述空间周期TX和TY形成为椭圆形。

[0190] (生长步骤)

[0191] 然后，参照图12，如下描述所述生长步骤。许多碳纳米管36通过CVD法生长在所述基材35上。生长条件可例如与所述第一个实例相同。所述碳纳米管36只在所述沉积区域34中生长，所以在所述基材35上形成所述碳纳米管结构体17(其中所述碳纳米管36根据所述沉积区域34的图案二维排列)。

[0192] 因此，在改进方法中，沿二维方向调整所述能量束12的能量大小，以形成热分布33，所以沿二维方向排列的所述沉积区域34的图案形成在所述基材10的表面上。

[0193] 而且，所述能量束12由所述衍射光栅32衍射，形成热分布33，所以，当所述衍射光栅32中的周期空间PX和PY减小时，所述热分布33中的空间周期TX和TY可容易控制，所述沉积区域34之间的间隔LX和LY就能降低。

[0194] 〔改进方法2〕

[0195] 然后，参照图14-17，如下描述改进方法2。在所述改进方法中，所述基材10的表面散热，以在所述基材10的表面上形成凸起，并且所述第二材料沉积在所述凸起的尖端部分。

[0196] (熔化步骤)

[0197] 首先，例如如第一个实例中的图1所示进行熔化步骤。此时，控制所述能量束12的能量大小，以使之超出一定的值。例如，当如第一个实例所示使用准分子激光作为能量束时，可通过控制发光脉冲辐照的数量来控制所述能量大小，在该改进方法中，所述脉冲辐照的数量是100。

[0198] (沉积步骤)

[0199] 当所述基材10的表面在所述熔化步骤中熔化后，停止用所述能量束12辐照时，如图14所示如果所述熔化步骤中施加的能量束12的能量大小超出一定数量，如图14所示对应于高温区域11H的基材10的表面凸出，形成凸起41。

[0200] 当所述高温区域11H对应于所述槽13A沿一维方向线性排列时，所述凸起41形成为这样的线性肋(rib)(凸出的边)的图案，所述线性肋对应于所述高温区域11H沿一维方向排列。所述基材10表面附近部分的凸起41固化，所以所述第二材料(铁)围绕所述尖端沉积，所述尖端的部分固化形成所述沉积区域42。因此，所述沉积区域42形成在所述凸起41的尖端部分。在这里，所述尖端部分是包括所述凸起的尖端的部分，其中所述凸起41沿着平行于所述基材10表面的水平面H(参照图15和16)切削。例如，如图14所示所述沉积区域42可仅形成在所述凸起41的尖端中，或者整个凸起41可以是图15所示的沉积区域42。或者，如图16所示，所述沉积区域42可形成在所述凸起41从尖端到中间点之间的部分中。

[0201] 这样得到了包括凸起41的图案的基材43，其中由铁制成的沉积区域42至少形成在所述凸起41的尖端部分。

[0202] 在这里，“凸起”表示来自所述基材43表面的凸起，其高度为1纳米或更大，它高于第一个实例中平面形状沉积区域14的情况。

[0203] 如第一个实例所述，所述沉积区域42的宽度(线宽)W(即沿所述热分布11的调制方向的沉积区域42的尺寸)由所述基材10中第二材料(铁)的含量决定，所述第二材料(铁)的含量越大，所述沉积区域42的宽度W就增加越多。原则上，所述沉积区域42的宽度可以是大于所述第二材料的原子尺寸的任意值，所以，通过控制所述基材10中的第二材料含量，所述沉积区域42的宽度W可小于50纳米，这是常规光刻技术所不能达到的。

[0204] 在所述改进方法中，与所述第一个实例不同，所述沉积区域42是凸起41，所述沉积区域42的截面积向着其尖端下降，所以所述沉积区域42的宽度可容易降低。

[0205] 与第一个实例中所述的沉积区域14的宽度W一样，所述沉积区域42的宽度W的具体值由所述第二材料和沉积区域42的用途决定。例如，如图17所示，当通过使用沉积在所述沉积区域42中作为催化剂的铁形成许多碳纳米管44线性排列的碳纳米管结构体45时，所述沉积区域42的宽度W优选在0.4纳米到小于50纳米的范围内，更优选为0.4-30纳米，还要更优选为0.4-10纳米，其原因与第一个实例中所述的原因相同。

[0206] 而且，所述凸起41之间的间隔L(即所述热分布11的调制方向上的沉积区域42之间的间隔(间距))由所述热分布11的周期间隔T(即所述衍射光栅13中的间隔P和所述能量束12的波长λ)决定。所述波长λ越短，或者所述周期间隔P越小，所述凸起41之间的间隔L就降低得越多，且所述凸起41和沉积区域42就能形成精细间隔，这是常规光刻法所不能达到的。例如，所述凸起41之间的间隔L优选是100纳米或更小，更优选为50纳米或更小，其原因与第一个实例所述的原因相同。

[0207] 这样完成所述催化剂排列步骤，形成包括所述沉积区域42的基材，所述沉积区域42位于形成在所述基材10上的凸起41的尖端部分上。

[0208] (生长步骤)

[0209] 参照图17，许多碳纳米管44通过CVD法在所述基材43上生长。生长环境与所述第一个实例相同。所述碳纳米管44仅在所述沉积区域42中生长，所以形成所述碳纳米管结构体45，其中许多碳纳米管44线性排列在所述基材43的凸起41的最尖端部分(extreme tip portion)上。

[0210] 因此，在所述改进方法中，所述凸起41(其中至少其尖端部分是由第二材料(铁)制成的)形成在所述基材10的预定位置中，所以，与所述图案形成为平面形状的情况相比，所述沉积区域42的宽度更精细，并且相比第一个实例和改进方法1，可形成更精细的图案。

[0211] 〔改进方法3〕

[0212] 接着，参照图18-20，如下描述改进方法3。在所述改进方法中，在所述基材10的表面上形成以二维方向排列的凸起，且所述第二材料沉积在所述凸起的尖端部分。

[0213] (熔化步骤)

[0214] 首先，例如，如图7和8所示改进方法1那样进行熔化步骤。此时，如改进方法2那样控制能量束12和能量大小，使之超过一定数量。

[0215] (沉积步骤)

[0216] 在熔化步骤中，当所述基材10的表面熔化后，停止用能量束12辐照时，如果在所述熔化步骤中施加的能量束12的能量大小超过特定数量，如图18和19所示，所述基材10的表对置应于所述高温区域33H凸出，形成凸起51。

[0217] 当所述高温区域33H沿二维方向排列在所述基材10的表面上时，所述凸起51形成为圆锥图案，沿二维方向对应于高温区域11H排列在所述基材10的表面上。所述基材10的表面附近的部分的凸起51固化，所以第二材料围绕所述尖端沉积，所述尖端的末端固化，形成沉积区域52。因此，所述沉积区域52形成在所述凸起51的尖端部分中。所述尖端部分的重要和具体例子与改进方法2中参照图15和16所述的例子相同。

[0218] 这样得到了包括凸起51的图案的基材53，其中由铁制成的沉积区域52至少形成在所述尖端部分中。

[0219] 在所述沉积区域52中，X方向上的尺寸(直径)DX和Y方向上的尺寸(直径)DY由所述基材10中的第二材料(铁)的含量决定，所述第二材料(铁)的含量越大，所述沉积区域52的尺寸DX和DY就提高越多。原则上，所述沉积区域52的尺寸DX和DY可以是大于所述第二材料的原子尺寸的任意值，所以通过控制所述基材10中第二材料的含量，所述沉积区域52的尺寸DX和DY可小于50纳米，这是常规光刻技术所不能达到的。

[0220] 与改进方法2中所述的沉积区域34的尺寸DX和DY一样，所述沉积区域52的尺寸DX和DY的具体值由所述第二材料和所述沉积区域52的用途决定。例如，如图20所示，当通过使用沉积在所述沉积区域52中作为催化剂的铁形成所述碳纳米管结构体55(其中许多碳纳米管54沿二维方向排列)时，所述沉积区域52的尺寸DX和DY优选在0.4纳米到小于50纳米的范围内，更优选为0.4-30纳米，还要更优选为0.4-10纳米，其原因与改进方法2中所述的原因相同。

[0221] 而且，所述凸起51(即所述沉积区域52)之间的X方向上的间隔LX和Y方向上的间隔LY由所述热分布33的空间周期TX和TY决定，即所述衍射光栅32中的周期间隔PX和PY以及所述能量束12的波长λ。所述波长λ越短，或者所述衍射光栅32中的周期间隔PX和PY越小，所述凸起51(即沉积区域52)之间的间隔LX和LY降低得越多，所述凸起51和沉积区域52就可形成精细间隔LX和LY，这是常规光刻法所不能得到的。所述凸起
51(即沉积区域52)之间的间隔LX和LY优选是100纳米或更小，更优选50纳米或更小，其原因于改进方法2所述的方法相同。

[0222] 这样完成所述催化剂排列步骤，形成了包括沉积区域52的基材53，所述沉积区域52位于所述凸起5的尖端部分。

[0223] (生长步骤)

[0224] 接着，参照图20，许多碳纳米管54通过CVD法生长在所述基材53上。生长环境与第一个实例所述的环境相同。所述碳纳米管54仅生长在所述沉积区域53中，这样形成了所述碳纳米管结构体55，其中所述碳纳米管54沿二维方向排列在所述基材53的凸起51的最尖端部分。

[0225] 因此，在所述改进方法中，所述凸起51的图案(其中至少其尖端部分由所述第二材料制成)沿二维方向排列在所述基材10的预定位置中，所以，相比所述第一实例和改进方法1中的平面形状沉积区域，形成了具有更精细尺寸的沉积区域52。

[0226] 〔改进方法4〕

[0227] 然后，参照附图21-25，如下描述改进方法4。在该改进方法中，由转印材料制成的凸起图案形成在由转印材料(在此情况下，即催化剂)制成的基材10的表面上，凸起的图案用作转印用的母板，以将转印用的母板图案转印到待转印的基材上，从而得到基材，并在所述基材上生长碳纳米管。

[0228] 更具体地说，在本实例中，催化剂排列步骤包括“熔化步骤”、“凸起形成步骤”和“转印步骤”，所述“熔化步骤”包括将根据所需图案调制的所述热分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述“凸起形成步骤”包括在对应于所述热分布
11的位置形成凸起，所述“转印步骤”包括将转印用的母板图案转印到待转印的基材上，形成基材。

[0229] (熔化步骤)

[0230] 首先，如改进方法2所述进行熔化步骤。此时，基材10由在该实例中用作催化剂的铁制成。

[0231] 所述基材10的材料可以是例如任何具有以下功能的材料，所述功能包括用作形成碳纳米管的金属催化剂，所述材料的具体例子与第一个实例中所述作为第二材料的例子相同。

[0232] (凸起形成步骤，母板形成步骤)

[0233] 然后，参照图21，如下描述凸起形成步骤。在所述熔化步骤中，当所述基材10的表面熔化后，停止用所述能量束12辐照时，所述基材10的表面温度逐渐下降，这样所述基材10的表面就固化，此时，当在熔化步骤中施加的能量束12的能量大小超过一定值时，从所述基材10的表面凸出的凸起64就形成在对应于所述高温区域11H的位置中，具有凸起64的转印用的母板65形成在所述基材10的表面上。

[0234] 当所述凸起64沿一维方向对应于槽13A线性排列时，所述凸起64形成为沿一维方向排列的线性肋(凸起边)图案。所述凸起64的宽度(线宽)W(即所述热分布11的调制方向上的凸起的底端部分尺寸)由熔化温度和冷却速率决定。所述熔化温度可由所述能量束12的能量大小(即在使用准分子激光器的情况下，脉冲辐照的数量)控制，所述熔化温度越高，所述凸起64的宽度W提高越多。所述冷却速率由下述方法控制，即将所述基材10或装有该基材10的固定设备置于真空的方法，气体流动(gas flow)的方法，在水中或液氮中冷却的方法、加热同时缓慢冷却的方法，所述冷却速率越快，所述凸起64的宽度W提高越多。原则上，所述凸起64的宽度W可以是大于所述基材10的材料的原子尺寸的任意值，所以，通过控制所述熔化温度和冷却速率，所述凸起64的宽度W可小于50纳米，这是常规光刻法所不能达到的。

[0235] 所述凸起64的宽度W的具体值由下述基材的用途决定。例如，当形成碳纳米管结构体时，所述凸起64的宽度W优选在0.4纳米到小于50纳米的范围内，更优选为0.4-30纳米，还要更优选0.4-10纳米，其原因与所述第一个实例中所述的原因相同。

[0236] 而且，所述凸起64之间的间隔L(即所述热分布11的调制方向上的凸起64之间的间隔(间距))由所述热分布11的空间周期T(即所述衍射光栅13的周期间隔P和所述能量束12的波长λ)决定。所述波长λ越短，或者所述周期间隔P越短，所述凸起64之间的间隔L就降低得越多，所以所述凸起64可形成精细间隔L，这是常规光刻法所不能达到的。例如，所述凸起64之间的间隔L优选是100纳米或更小，更优选50纳米或更小，其原因与所述第一个实例中的原因相同。

[0237] (转印步骤)

[0238] 然后，参照图22A-22C，如下描述所述转印步骤。首先，例如如图22A所示，制备待转印的基材71，在所述基材71上预先形成导电膜72的布线图案。

[0239] 然后，如图22B所示，所述母板65的凸起64和待转印的基材71的导电膜72相互紧密对置。此时，为了改善转印性质，如果需要的话，优选在箭头A的方向上施加力。而且，优选进行加热处理，这是因为所述转印性质可进一步提高。

[0240] 之后，当所述母板65从待转印的基材71上拉走时，如图22C所示，所述凸起64的尖端部分转印到待转印的基材71上。因此，形成了基材74，其中所述由催化剂金属(铁)制成的转印图案73形成在待转印的基材71上。因此，许多基材74可如下制造，即通过一个母板65将所述凸起64的图案转印到许多待转印基材71上。当所述凸起64通过重复转印而用坏时，再次重复所述熔化步骤和凸起形成步骤恢复所述凸起64的尖锐部分(shape)。

[0241] 在本文中，“所述凸起64的尖端部分”表示包括所述凸起64的尖端的那部分，其中所述凸起64沿着平行于所述基材10表面的水平面H切削(参照图23和24)。因此，例如如图22C所示，只有所述凸起的尖端可转印到所述待转印的基材71上，或者如图23所示，整个凸起64可转印到所述待转印的基材71上。或者，如图24所示，从所述凸起64的尖端到中间点的部分可转印到待转印的基材71上。

[0242] 这样完成了所述催化剂排列步骤。

[0243] (生长步骤)

[0244] 所述转印图案73形成在所述待转印的基材71上，形成所述基材74后，例如如图25所示，碳纳米管75可通过使用转印图案75作为催化剂生长在所述基材74上，从而形成碳纳米管结构体76，其中许多碳纳米管75是线性排列的。因此，形成在所述导电膜72上的碳纳米管结构体76可用作场致电子发射器件。

[0245] 因此，在该改进方法中，所述热分布11施加在由催化剂金属制成的基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面后，所述基材10表面上的热量散失，所以形成了具有凸起64的精细图案的母板65，所述凸起64由所述催化剂金属制成。通过控制所述熔化温度和冷却速率，所述凸起64的宽度W可小于50纳米，这是常规光刻法所不能达到的。而且，通过控制所述热分布11的空间周期T，所述凸起64可形成精细间隔L，这是常规光刻法所不能达到的。

[0246] 而且，具有凸起64的图案的母板65可通过干法形成，所以，相比使用常规光刻法的方法，所述改进方法可得到以下优点，即生长更容易，重复性较好，且成本较低。

[0247] 此外，所述热分布11通过使所述能量束12衍射来施加，所以，通过降低衍射光栅13中的周期间隔P可容易控制所述热分布11的空间周期T，从而降低所述凸起64之间的间隔L。

[0248] 而且，在所述改进方法中，至少所述凸起64的尖端部分转印到所述待转印的基材71上，所以，使用一个母板65将所述凸起64转印到许多待转印的基材71上，从而制造许多基材74。

[0249] 〔改进方法5〕

[0250] 然后，参照图26-31，如下描述改进方法5。所述改进方法与改进方法4相同，不同的是在熔化步骤中，所述能量束12的能量大小沿二维方向(即X方向和Y方向)调整，以将X方向热分布31X和Y方向热分布31Y施加到所述基材10的表面上。因此，简化了有关改进方法5的下述描述。

[0251] (熔化步骤)

[0252] 首先，如改进方法3所述进行熔化步骤。在这里，所述基材10由作为催化剂的铁(Fe)制成。

[0253] 所述基材10的材料可以是任何能用作形成碳纳米管用的金属催化剂的材料，所述基材10的材料的具体例子与在第一个实例中所述作为第二材料的例子相同。

[0254] (凸起形成步骤，母板形成步骤)

[0255] 然后，与改进方法4相同，进行凸起形成步骤和母板形成步骤。如图26所示，由此可形成具有凸起81的图案的母板82，所述凸起81沿二维方向排列在所述基材10的表面上。

[0256] (转印步骤)

[0257] 接着，如改进方法4所述进行转印步骤，如图27所示，形成基材84，其中由催化剂金属(铁)制成的转印图案83沿二维方向排列在所述待转印的基材71的表面上。这样完成所述催化剂排列步骤。

[0258] (生长步骤)

[0259] 然后，如改进方法4所述进行生长步骤，如图28所示，碳纳米管85通过使用转印图案83作为催化剂生长在所述基材84上，形成碳纳米管结构体86，其中许多碳纳米管85沿二维方向排列。

[0260] 图29是通过上述步骤形成在所述基材84上的碳纳米管结构体86的显微照片(放大37.5倍)。二维分布的点状白色部分对应于通过使用转印图案作为催化剂生长所述基材84上的碳纳米管85，所述转印图案来自母板82的凸起81。

[0261] 图30是描述围绕图29所示白色部分中心的区域的SEM(扫描电子显微镜)照片(放大50000倍)。如图30所示，可以确认所述碳纳米管生长在白色部分中。而且，图31是描述围绕图29所示白色部分的白色部分和黑色部分之间的区域的SEM照片(放大50000倍)。如图31所示，可以确认所述碳纳米管生长在所述白色部分；但是，在所述黑色部分没有观察到所述碳纳米管。

[0262] 因此，在该改进方法中，通过调整二维方向上能量束12的能量大小形成所述热分布33，由此可形成具有所述凸起81的图案的母板82，所述凸起81排列在二维方向上。

[0263] 而且，在所述改进方法中，当所述凸起81的尖端部分转印到所述待转印的基材71上时，通过使用一个母板82将所述凸起81转印到许多待转印的基材71上，从而制造许多基材84。

[0264] 〔改进方法6〕

[0265] 接着，参照图32A-34，如下描述改进方法6。所述改进方法还包括涂层形成步骤，其中由转印材料(例如催化剂金属)制成的涂层形成在所述凸起的表面上，所述凸起是通过改进方法4所述的相同方法形成在由任意材料制成的基材上。

[0266] (熔化步骤和凸起形成步骤)

[0267] 首先，制备由例如硅制成的基材90，如改进方法4进行熔化步骤和凸起形成步骤，以形成具有凸起91的图案的母板92，所述凸起91位于所述基材90的表面上。

[0268] (涂层形成步骤)

[0269] 接着，如图32B所示，涂层93形成在凸起91的表面上。在所述改进方法中，所述涂层93由作为催化剂的铁(Fe)形成，厚度基本上均匀的涂层93形成在包括所述凸起91的基材90的整个表面上；但是，所述涂层93的厚度并不一定要均匀的。所述涂层93的厚度由所述凸起91的高度和尺寸决定，在所述改进方法中，所述涂层93的厚度例如是5纳米。所述涂层93可由例如真空沉积形成。

[0270] 作为涂层93的材料的转印材料可以是任何可用作形成碳纳米管用的金属催化剂的材料，所述转印材料的具体例子与第一个实例中作为第二材料的例子相同。

[0271] (转印步骤)

[0272] 接着，如图33A所示，所述母板92的凸起91和待转印基材71的导电膜72相互紧密对置。此时，为了提高转印特性，与改进方法4相同，优选沿着箭头A的方向施加压力或进行热处理。

[0273] 之后，当从待处理的基材71上拉走所述母板92时，例如如图33B所示，作为组成所述涂层93(它覆盖所述凸起91的尖端部分)的金属催化剂铁(Fe)转印到待转印的基材71上。因此，形成具有转印图案94的基材95，所述转印图案94由与涂层93相同的材料制成。因此，通过使用一个母板92将所述涂层93转印到许多待转印的基材71上，从而制造许多基材95。当所述涂层93由于重复转印而用坏时，所述涂层形成步骤可再次重复，在所述凸起91的表面上形成另一层涂层。此时，另一层涂层可在除去剩余涂层93之后形成，或者另一层涂层可形成在所述剩余涂层93上。

[0274] 在这里，“尖端部分”的含义和具体例子与参照图23和24的改进方法4中所述的相同。

[0275] 这样完成催化剂排列步骤。

[0276] (生长步骤)

[0277] 所述转印涂层94形成在待转印的基材71上后，例如如图34所示，碳纳米管96通过使用转印图案94作为催化剂生长在所述基材95上，从而形成碳纳米管结构体97，其中许多碳纳米管96线性排列。

[0278] 因此，在所述改进方法中，所述涂层93形成在所述凸起91的表面上，所以仅有所述涂层93由所述转印材料例如金属催化剂制成。因此，所述基材90可由任意材料制成，该选择的范围根据用途而扩展。

[0279] 而且，在所述改进方法中，当涂有涂层93的凸起91的尖端部分转印到待转印的基材71上时，通过使用一个母板92将所述涂层93转印到许多待转印的基材71上，从而制造许多基材95。

[0280] 〔改进方法7〕

[0281] 接着，参照图35A-35C，如下描述改进方法7。在所述改进方法中，改变改进方法4的“转印步骤”中所述母板65和待转印的基材71之间的相对位置，将所述母板65的图案多次转印到待转印的基材71上。

[0282] 首先，如图35A所示，如改进方法4所示，参照图22A-22C进行第一次转印，在所述待转印的基材71上形成第一次转印图案101A。

[0283] 然后，如图35B所示，改变所述母板65和待转印的基材71之间的相对位置，例如所述凸起64之间的间隔L的一半，以进行第二次转印。之后，当所述母板从所述待转印的基材71上拉走时，如图35C所示，在所述第一次转印图案101A之间的中间位置形成了第二次转印图案101B。因此，得到了具有转印图案101的基材102，所述转印图案101包括第一次转印图案101A和第二次转印图案101B。

[0284] 在所述改进方法中，改变所述母板65和待转印的基材71之间的相对位置，以将所述母板65的图案多次转印到待转印的基材71上，所以可制造具有比第一个实例更精细图案的许多基材102。

[0285] 在所述改进方法中，所述转印进行两次；但是所述转印的次数可进一步提高。在这种情况下，所述母板65和待转印的基材71之间的相对位置可优选根据所述转印次数进行调节。

[0286] 而且，在所述改进方法中，改变所述母板65和待转印的基材71之间的相对位置，例如所述凸起64之间的间隔L的一半，以进行第二次转印，从而形成具有均匀间隔的第一次转印图案101A和第二次转印图案101B；但是，所述第一次转印图案101A和第二次转印图案101B之间的间隔不必是均匀的。

[0287] 〔改进方法8〕

[0288] 接着，参照图36A一37，如下描述改进方法8。在所述改进方法中，将由催化剂金属等制成的金属基材压在形成在基材上的凸起上，以将所述催化剂金属附着在所述凸起的尖端上，所述基材是通过改进方法4所述的相同方法由任意材料制成的。

[0289] (熔化步骤和凸起形成步骤)

[0290] 首先，制备由例如硅制成的基材110，如改进方法4所述进行熔化步骤和凸起形成步骤，形成凸起111的图案，所述凸起111如图36A所示位于基材110的表面上。

[0291] (附着步骤)

[0292] 接着，如图36B所示，所述基材110的凸起111和由作为金属催化剂的铁制成的金属基材120相互紧密对置。因此，如图36C所示，将组成所述金属基材120的铁附着到所述凸起111的尖端部分，形成具有粘附图案112的基材113，所述图案112由与金属基材120相同的材料制成。此时，为了提高附着性，如改进方法4所示，优选施加压力，或进行热处理。

[0293] 所述金属基材120的材料可以是任何能用作形成碳纳米管用的金属催化剂的材料，所述金属基材120的材料的具体例子与第一个实例所述作为第二材料的例子相同。

[0294] 这样完成所述催化剂排列步骤。

[0295] (生长步骤)

[0296] 形成所述具有附着图案112的基材113后，例如如图37所示，碳纳米管114通过使用作为催化剂的附着图案112生长在所述基材113上，从而形成碳纳米管结构体116，其中许多碳纳米管114线性排列。

[0297] 因此，在所述改进方法中，所述凸起111和金属基材120相互紧密对置，以形成由与金属基材120相同的材料制成的附着图案112，所述金属基材120位于所述凸起111的尖端部分上，所以容易形成由所述金属催化剂制成的附着图案112。而且，可任意选择所述基材110的材料，所以选择的范围可根据用途扩展。

[0298] 而且，在所述改进方法中，当形成附着图案112的基材113用作母板，以将所述附着在所述凸起111的尖端部分上的附着图案112转印到待转印的基材71上时，通过使用一个母板将所述附着图案112转印的许多待转印的基材71上，形成许多基材。

[0299] 〔改进方法9〕

[0300] 接着，参照图38-40，如下描述改进方法9。所述改进方法中的催化剂排列步骤包括“熔化步骤”、“凸起形成步骤”和使所述凸起表面平整化的“平整化步骤”，所述熔化步骤包括将根据所需图案调制的所述热分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述“凸起形成步骤”包括通过散失基材10表面上的热量，在对应于所述热分布
11的位置上(即以所需图案)形成凸起。之后，进行“生长步骤”，在所述平整化凸起的顶表面上生长碳纳米管。

[0301] (熔化步骤)

[0302] 首先，如改进方法2所示，进行熔化步骤。在所述改进方法中，所述基材10由作为金属催化剂的铁(Fe)制成。

[0303] 所述基材10的材料可以是任何能用作形成碳纳米管用的金属催化剂的材料，所述基材10的材料的具体例子与第一个实例中作为第二材料的例子相同。

[0304] (凸起形成步骤)

[0305] 在熔化步骤中，当所述基材10的表面熔化后停止用能量束12辐照时，所述基材10的表面温度逐渐下降，以固化所述基材10的表面。此时，当所述熔化步骤中施加的能量束12的能量大小超过特定值时，如图38所示，由所述基材10的表面上凸出的凸起134形成在对应于所述高温区域11H的位置中。

[0306] 当所述高温区域11H对应于所述槽13A沿一维方向线性排列时，所述凸起134形成为沿一维方向排列的线性肋(凸起边)的图案。所述凸起134的宽度(线宽)W(即所述热分布11的调制方向中的凸起134的底端部分的尺寸)由熔化温度和冷却速率决定。所述熔化温度可由所述能量束12的能量大小(即在使用准分子激光器的情况下为脉冲辐照的数量)控制，所述熔化温度越高，所述凸起134的宽度W增加越多。所述冷却速率可由以下方法控制，即将所述基材10或装有所述基材10的固定设备置于真空中的方法，气体流动(gas flow)的方法，在水中或液氮中冷却的方法、加热同时缓慢冷却的方法，所述冷却速率越快，所述凸起64的宽度W提高越多。原则上，所述凸起134的宽度W可以是大于所述基材10的材料原子尺寸的任意值，所以，通过控制熔化速率和冷却温度，所述凸起134的宽度W可小于50纳米，这是常规光刻法所不能达到的。

[0307] 所述凸起134的宽度的具体值由下述基材的用途决定。例如，当形成碳纳米管时，所述凸起134的宽度W优选在0.4纳米到小于50纳米的范围内，更优选为0.4-30纳米，还要更优选为0.4-10纳米，其原因与第一个实例所述的原因相同。

[0308] 而且，所述凸起134之间的间隔L(即所述热分布11的调制方向上的凸起134之间个间隔(间距))由所述热分布11的空间周期T(即所述衍射光栅13的周期间隔P和所述能量束12的波长λ)决定。所述波长λ越短，或者所述周期间隔P越小，所述凸起134之间的间隔L就下降得越多，所以可形成具有精细间隔L的凸起134，这是常规光刻法所不能达到的。例如，所述凸起134之间的间隔L优选是100纳米或更小，更优选为50纳米或更小，其原因与第一个实例所述的原因相同。

[0309] (平整化步骤)

[0310] 接着，如图39A所示，在围绕所述凸起134的凹入部分135中形成填充层136。所述填充层136用作平整化层，其中所述凸起134的顶表面由下述CMP进行平整化，所述填充层136通过利用SOG或CVD法涂覆例如二氧化硅来形成。作为所述填充层136的材料，可使用绝缘材料(例如氮化硅、聚酰亚胺、PMMA或金属氧化物膜)或半导体材料(如硅或锗)代替上述二氧化硅。

[0311] 可形成所述填充层136，这样所述凸起134可覆盖有所述填充层136，或者凸起134的一部分(例如所述凸起134的最尖端部分)从所述填充层136凸出。

[0312] 接着，如图39B所示，所述凸起134和填充层136可通过例如CMP进行抛光，以使所述凸起134的顶表面134A和所述填充层136的顶表面136A平整化。这样得到包括凸起134的基材137，所述凸起134具有平整化的顶表面134A和填充层136，所述填充层136覆盖了所述凸起134的侧表面，且所述凸起134的顶表面134A从所述填充层上露出。

[0313] 所述平整化顶表面134A的宽度Wa可控制在一定范围内，所述范围可由所述凸起134的宽度W通过抛光时间和CMP得到。换句话说，所述凸起134的截面积向着所述尖端逐渐减少，所以所述抛光时间越长，所述顶表面134A的宽度Wa就提高得越多。所述凸起134之间的间隔L在平整化前后相同。

[0314] 因此，当所述凸起134的顶表面134A是平的时，所述顶表面134A的宽度Wa可小于50纳米，与所述凸起134的宽度W相同，这是常规光刻法所不能达到的，所述顶表面134A的面积和形状的变化可降低，且高度可得到均化。

[0315] 这样完成所述催化剂排列步骤。

[0316] (生长步骤)

[0317] 对所述凸起134的顶表面134A进行平整化后，例如如图40所示，碳纳米管138通过使用露在所述顶表面134A作为催化剂的铁生长在所述基材137上，从而形成碳纳米管结构体139，其中许多碳纳米管138线性排列。

[0318] 因此，在所述改进方法中，所述热分布11施加到所述基材10的表面上，熔化所述基材10的表面后，所述基材10的表面散热，以对应于所述热分布11的位置形成凸起134的图案，接着，使所述凸起134的顶表面134A平整化。因此，通过控制熔化温度和冷却速率，所述凸起134的宽度W和所述顶表面134A的宽度Wa可小于50纳米，这是常规光刻法所不能达到的。而且，通过控制所述热分布11的空间周期T，所述凸起134可形成精细间隔L，这是常规光刻法所不能达到的。

[0319] 而且，可通过干法形成具有凸起134的图案的基材137，所以，与使用常规光刻法的方法相比，所述改进方法可得到以下优点，即生产更容易，再现性较好，生产较低。

[0320] 此外，所述热分布11通过使所述能量束12衍射进行施加，所以可通过减少所述衍射光栅13中的周期间隔P来容易地控制所述热分布的空间周期T，从而可降低所述凸起134之间的间隔L。

[0321] 而且，在所述改进方法中，所述凸起134的顶表面134A进行平整化，所以，与所述凸起134的宽度W相同，所述顶表面134A的宽度Wa可小于50纳米，这是常规光刻法所不能达到的，所述顶表面134A的面积和形状变化可降低，所述高度可均化。

[0322] 〔改进方法10〕

[0323] 接着，如下描述本发明的改进方法10。所述改进方法还包括顶表面转印步骤，该步骤包括通过使用所述基材137作为母板，将改进方法9中所得所述基材137的凸起图案转印到待转印的另一个基材上。

[0324] 首先，如图41所示，形成具有凸起的转印用母板140(下文称为母板)，所述凸起的顶表面是平整化的。如改进方法9中的基材137一样，所述母板140是通过进行熔化步骤、凸起形成步骤和平整化步骤形成的。换句话说，所述凸起134和填充层136形成在所述基材10上，对所述凸起的顶表面134A和所述填充层136的顶表面136A进行平整化。

[0325] (顶表面转印步骤)

[0326] 接着，如图42A所示，制备与改进方法4中相同的待转印的基材71，所述母板140的凸起134的顶表面134A和所述待转印的基材71的导电膜72相互紧密对置。此时，为了提高所述转印特性，如果需要的话，优选在箭头A的方向上施加压力。而且，优选进行加热处理，因为可再次提高所述转印特性。

[0327] 之后，当所述母板140从所述待转印的基材71上拉走后，如图42B所示，所述凸起134的顶表面134A的图案转印到待转印的基材71上。因此，具有由铁制成的转印图案151的基材152形成在所述待转印的基材71上。因此，通过使用一个母板140将所述凸起134的顶表面134A转印到许多待转印的基材71上，制造许多基材152。而且，通过平整化步骤，可减少所述凸起134的顶表面134A的面积和形状变化，且所述高度是均化的，所以，减少了所述转印图案141的面积和形状变化。这样形成了具有高精密度的精细转印图案151。而且，当所述凸起134由于重复转印用坏时，只要在平整化步骤中重复抛光，就可恢复所述凸起134的顶表面的形状。

[0328] 这样完成了所述催化剂排列步骤。

[0329] (生长步骤)

[0330] 所述转印图案151形成在所述待转印的基材71上，形成所述基材152后，例如如图43所示，碳纳米管153通过使用转印图案151作为催化剂生长在所述基材152上，从而形成碳纳米管结构体154，其中许多碳纳米管153线性排列。所述形成在导电膜72上的碳纳米管结构体154可用作场致电子发射器件。

[0331] 因此，在所述实例中，所述凸起134的顶表面134A转印到待转印的基材71上，所以，通过使用一个母板140将所述凸起134的顶表面134A转印到许多待转印的基材71上，制造许多基材152。而且，通过平整化步骤，所述凸起134的顶表面134A的面积和形状变化是小的，所述高度是均化的，所以可形成具有高精密度的转印图案151。

[0332] 〔改进方法11〕

[0333] 接着，如下描述改进方法10。在所述改进方法中，如改进方法9所示，凸起图案形成在所述基材10的表面上后，阻止所述碳纳米管生长的控制层形成在所述凸起除了最尖端部分之外的表面上。换句话说，在所述改进方法中，所述催化剂排列步骤包括“熔化步骤”、“凸起形成步骤”和“控制层形成步骤”，所述熔化步骤包括将根据所需图案调制的所述热分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述凸起形成步骤包括通过使所述基材10的表面散热，在对应于所述热分布11的位置中(即以所需图案)形成凸起，所述控制层形成步骤包括在除了所述最尖端部分之外的凸起表面上形成阻止所述碳纳米管生长的控制层。之后，进行使所述碳纳米管生长在所述凸起的最尖端部分上的“生长步骤”，所述凸起没有用所述控制层覆盖。

[0334] (熔化步骤和凸起形成步骤)

[0335] 首先，如改进方法9所示，进行所述熔化步骤和凸起形成步骤，如图38所示，将所述凸起134形成在所述基材10的表面上。

[0336] (控制层形成步骤)

[0337] 接着，如图44所示，所述控制层161形成在除最尖端部分134B之外的凸起134的表面上。在下述生长步骤中，所述控制层161阻止所述碳纳米管由所述凸起134的侧表面上生长，以限定所述碳纳米管的生长区域，通过例如SOG、CVD等方法施加二氧化硅形成所述控制层161。作为所述控制层161的材料，它可与改进方法9中的填充层136相同，可使用绝缘材料(例如氮化硅、聚酰亚胺、PMMA)或绝缘材料(如金属氧化物膜)、或半导体材料(如硅或锗)代替二氧化硅。原则上，当绝缘材料用作所述控制层161的材料时，围绕所述凸起134的最尖端部分134B的区域用由绝缘材料制成的控制层161填充，所以，相比围绕所述碳纳米管没有绝缘体的情况，可在所述碳纳米管上集中更高的电场。

[0338] 这样完成所述催化剂排列步骤，形成基材162，其中所述控制层161形成在除了最尖端部分134B之外的凸起134的表面上。

[0339] (生长步骤)

[0340] 形成所述基材162之后，例如如图45所示，碳纳米管163通过使用作为催化剂暴露于所述凸起134的最尖端部分134B的铁生长，因此形成碳纳米管结构体164，其中许多碳纳米管163线性排列。

[0341] 因此，在所述改进方法中，所述控制层161形成在所述凸起134除了最尖端部分134B之外的表面上，所以所述碳纳米管163仅生长在所述凸起134的最尖端部分134B上。

[0342] 《制造场致电子发射器件的方法和制造显示单元的方法》

[0343] 〔第五个实例〕

[0344] 接着，参照图46-49，如下描述本发明第五个实例的制造场致电子发射器件的方法和制造显示单元的方法。在该实例的方法中，形成包括使用碳纳米管的阴极的场致电子发射器件，所述方法包括通过熔化分布对碳纳米管具有催化剂功能的“催化剂形成步骤”和通过生长所述碳纳米管形成阴极的“阴极形成步骤”，所述熔化是通过调制热分布达到的。通过在所述基材表面上形成分隔槽的“分隔槽形成步骤”，以避免所述金属在所述催化剂排列步骤中排列，从而所得场致电子发射器件可用作例如FED的阴极板。

[0345] 所述催化剂排列步骤与第一个实例中所述的催化剂排列步骤相同，所述催化剂排列步骤包括“熔化步骤”和“沉积步骤”，所述熔化步骤包括将根据所需图案调制的热分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述沉积步骤包括通过使所述基材10的表面散热，将所述第二材料沉积在对应于所述热分布11的位置(即以所需图案)中。而且，所述阴极形成步骤基本上与第一个实例的制造管状碳分子的方法中的生长步骤相同。因此，用与第一个实例相同的数字表示相同的元件。而且，与第一个实例中的制造步骤重叠的部分可参照图1-3进行描述。

[0346] (催化剂排列步骤)

[0347] 首先，在熔化步骤中，通过图1所示的步骤，将调制热分布11施加到所述基材10上。接着，在沉积步骤中，通过图2所示的步骤将所述第二材料沉积在对应于热分布11的高温区域11H的位置中，以形成基本上为平面形状的沉积区域14。这样完成所述催化剂排列步骤，并形成所述基材10上具有沉积区域14的基材15。

[0348] (阴极形成步骤)

[0349] 然后，通过图3所示的步骤，利用CVD法使许多碳纳米管16生长在所述基材15上。因此，如图46所示，形成阴极170，其中所述碳纳米管16根据所述沉积区域14的图案线性排列。所述碳纳米管16的直径由作为原料的含碳化合物的种类和生长环境决定。包括在一个阴极170中的碳纳米管16数量越少，就越优选，因为这更容易集中电场。

[0350] (分隔槽形成步骤)

[0351] 然后，参照图47和48，如下描述分隔槽形成步骤。在分隔槽形成步骤中，分隔槽形成在所述基材15的表面上，以使所述阴极170相互分隔。

[0352] 首先，如图47所示，通过衍射光栅13使所述能量束12衍射形成所述热分布11，它在熔化步骤中具有180°的相移，所述热分布11施加到所述基材15的表面上。换句话说，所述基材15和衍射光栅13之间的相对位置从所述熔化步骤中的位置移动碳纳米管16阵列之间的间隔(间距)的一半，这样所述热分布11的高温区域11H形成在所述碳纳米管16阵列之间的中间位置。

[0353] 设置所述能量束12的能量大小，以在所述高温区域11H切削(熔化)所述基材15的表面。因此，如图48所示，平行分隔槽180形成在所述碳纳米管16阵列之间的中间位置，以避开(avoid)碳纳米管16形成的位置。此时，碳纳米管16形成的位置对应于所述低温区域11L，所以所述能量束12的能量大小是低的，所述碳纳米管16的温度限于例如400℃或更低。因此，没有由热分布11产生的不利效应施加在所述碳纳米管16上。

[0354] 所述支撑体10A优选由绝缘材料(例如二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、塑料或玻璃制成，当形成分隔槽180时，所述基材10进行完全切削，因为所述阴极170可通过分隔槽180相互之间电气分隔。而且，优选形成所述分隔槽180，以啮合在所述支撑体10A中，因为所述阴极170相互之间可更精确地电气分隔。

[0355] 因此，可得到包括所述基材15的场致电子发射器件、包括碳纳米管16的许多阴极170和形成在所述基材15上以使所述阴极170相互分隔的分隔槽180，所述碳纳米管16以所需图案排列在所述基材15上。每个阴极170包括线性排列的一列碳纳米管16。

[0356] (FED)

[0357] 图49描述了使用所述场致电子发射器件的FED的示意图。在所述FED中，阴极板200和阳极板300组合成相互对置的一个单元，所述FED的内部处于高真空状态。

[0358] 所述阴极板200包括上述阴极170形成在其上面的基材15。作为所述阴极板200，可根据所需屏幕的尺寸和基材15的尺寸使用许多基材15的组合。所述阴极170通过用于红色(R)210R的阴电极、用于绿色(G)210G的阴电极和用于蓝色(B)210B的阴电极连接到数据驱动器220上。作为阴电极210R、210G和210B，可使用由分隔槽180切削的基材10，或者可排布其它配线。

[0359] 在所述阳极板300中，用于R 320R的阳电极、用于G 320G的阳电极和用于B 320B的阳电极以像素连着像素为基准交替排列在由玻璃材料等制成的透明基材310上。所述阳电极320R、320G和320B分别与所述阴电极210R、210G和210B正交排列。而且，扫描驱动器340连接所述阳电极320R、320G和320B上。用于R 330R的荧光膜、用于G 330G的荧光膜和用于B 330B的荧光膜分别形成在所述阳极320R、320G和320B的更接近所述透明基材一侧的表面上。

[0360] 在FED中，例如当在所述阳电极320R、320G和320B与所述阴电极210R、210G和210B之间选择性施加电压时，场致电子发射发生在位于交叉点上的所述阴极170中，以向- -
着所述阳电极320R、320G和320B发射电子e。由所述阴极170发出的所述电子e 穿过分布在各个阳电极320R、320G和320B中的细孔(没有显示)，与所述荧光膜330R、330G和330B碰撞，从而使荧光物质发光。由所述荧光物质发出的光显示所需图像。在这种情况下，所述阴极170的碳纳米管16形成在由铁制成的沉积区域14中，所述铁以精细宽度W和精细间隔L沉积，这是常规光刻法所不能达到的，所以可清晰地显示高分辨率图像。

[0361] 因此，在该实例中，通过熔化形成由铁制成的所述沉积区域14的图案，所述铁具有用于形成碳纳米管16的催化剂功能，所述熔化是由调制热分布11达到的，所述阴极170通过所述沉积区域14的图案生长所述碳纳米管16来形成，所以可通过控制所述热分布11形成常规光刻法所不能得到的具有精细宽度W和精细间隔L的沉积区域14的图案，从而得到所述阴极170，其中所述碳纳米管16根据所述沉积区域14的图案规则排列。因此，通过使用包括所述阴极170的场致电子发射器件得到能清晰显示清晰度更高的图案的精细间距FED。

[0362] 而且，可通过干法形成具有沉积区域14的图案的基材15，所以相比使用常规光刻法的方法，该实例可得到以下优点，即生产更容易，重复性较好，成本可降低。

[0363] 此外，在所述实例中，所述热分布11施加到由硅(包括作为添加剂的铁)制成的基材10的表面，以熔化所述基材10的表面后，所述基材10的表面散热，所以铁能选择性地沉积在对应于热分布11的位置上，形成由基本上为平面形状的沉积区域14制成的图案。

[0364] 另外，在该实例中，使所述能量束12衍射，以施加所述热分布11，所以，当降低所述衍射光栅13中的周期间隔P时，所述热分布11的空间周期T可容易控制，所述沉积区域14之间的间隔L可降低，得到高精密度。

[0365] 另外，在该实例中，所述分隔槽180形成在所述基材15的表面上，以避开(avoid)所述碳纳米管16，所以，所述阴极170通过分隔槽180相互分隔，当所述阴极170用作所述FED的阴极板200时，所述数据驱动器220连接到各个阴极170上，从而选择性地施加电压。

[0366] 而且，所述热分布11可通过使所述能量束12衍射来施加，以形成所述分隔槽180，所以所述分隔槽可形成在所述碳纳米管16阵列之间的中间位置，所述碳纳米管16可具有高精密度的精细间隔。而且，相比使用常规激光熔化的情况，可在更短的时间内形成许多分隔槽180，且没有由热量造成的不利影响施加在所述碳纳米管16上。

[0367] 〔改进方法12〕

[0368] 接着，参照图50，如下描述第五个实例的改进方法12。在所述改进方法中，每多列碳纳米管16(例如每两列)形成分隔槽180，每个多列阴极170包括两列碳纳米管16。同样地，尽管并没有显示，但是每三列或四列碳纳米管16可形成一个分隔槽180。

[0369] 当施加到所述基材15的表面上的热分布410的空间周期是例如所述熔化步骤中热分布11的空间周期T的整数倍(nT；n是正整数，且n≥2)时，每多列可形成所述分隔槽180。例如通过将分隔槽形成步骤中所用的衍射光栅430的周期间隔设定为熔化步骤中衍射光栅的周期间隔P的整数倍(nP；n是正整数，且n≥2)，可控制所述空间周期。而且，通过控制所述能量束12的波长λ或入射角来控制所述空间周期。

[0370] 控制所述基材15和衍射光栅430之间的相对位置，这样与所述第一个实例一样，在所述碳纳米管16列之间的中间位置形成热分布410的高温区域410H。

[0371] 在所述改进方法中，每多列碳纳米管16形成所述分隔槽180。

[0372] 〔改进方法13〕

[0373] 接着，参照图51-53，如下描述本发明的改进方法13。在所述改进方法中，形成所述沉积区域14的图案后，在通过生长所述碳纳米管16形成所述阴极170之前进行分隔槽形成步骤。

[0374] (熔化步骤和沉积步骤)

[0375] 首先，如第五个实例所述，通过图1和2中所示的步骤进行熔化步骤和沉积步骤，形成具有沉积区域14的图案的基材15。

[0376] (分隔槽形成步骤)

[0377] 接着，参照图51和52，如下描述分隔槽形成步骤。首先，如图51所示，将所述热分布11施加到所述基材15的表面上，所述热分布是通过衍射光栅13使所述能量束12衍射形成的，它在熔化步骤中具有180°的相移。换句话说，所述基材15和衍射光栅13的相对位置由熔化步骤中的位置转移所述沉积区域14之间的间隔(间距)的一半，这样所述热分布11的高温区域11H形成在所述沉积区域14的中间位置。

[0378] 设置所述能量束12的能量大小，这样所述基材15的表面在所述高温区域11H中切削。因此，如图52所示，在所述沉积区域14图案之间中间点形成平行分隔槽180，以避开所述沉积区域14的图案。

[0379] (阴极形成步骤)

[0380] 接着，如图53所示，与第五个实例一样，所述碳纳米管16通过图3所示的步骤生长在沉积区域14中，以形成所述阴极170。

[0381] 在所述改进方法中，形成分隔槽180后，通过生长所述碳纳米管16形成所述阴极170，所以有把握防止热分布11产生的不利影响，从而不会影响所述碳纳米管16。

[0382] 〔改进方法14〕

[0383] 图54描述了本发明改进方法14中的分隔槽形成步骤。在所述改进方法中，通过改进方法13，与改进方法14相同，每多个沉积区域14(例如每两个沉积区域)形成所述分隔槽180。

[0384] 〔改进方法15〕

[0385] 图55-57描述了第五个实例的另一种改进方法。在所述改进方法中，在第五个实例的熔化步骤中，如改进方法1所示，沿二维方向(即X方向和Y方向)调整所述能量束的能量，以将X方向热分布81X和Y方向热分布81Y施加到所述基材10的表面上。在所述改进方法中，相同的数字表示相同的元件。而且，与第五个实例的改进方法1中的制造部分重叠的部分参照图47和48进行描述。

[0386] (催化剂排列步骤)

[0387] 首先，如改进方法1所述，根据图7-9所示的步骤进行熔化步骤，以将所述热分布33施加到所述基材10的表面上。接着，如改进方法1所示，如图10、11和13所述的步骤进行沉积步骤，以将所述第二材料沉积在对应于所述热分布33的位置中，即对应于所述高温区域33H的位置，从而形成所述沉积区域34。因此，可得到具有沉积区域34的图案的基材
35。

[0388] (阴极形成步骤)

[0389] 然后，如改进方法1所述，如图55所示，根据图12所示的步骤利用例如CVD法在所述基材35上生长所述碳纳米管36，形成所述阴极70。所述碳纳米管36只生长在所述沉积区域34上，所以形成了所述阴极170，其中碳纳米管36在二维方向上排列。包括在一个阴极170中的碳纳米管36的数量越少，就更优选，因为可容易地集中电场。

[0390] (分隔槽形成步骤)

[0391] 然后，如第五个实例所述，根据图47和48所示的步骤进行分隔槽形成步骤。因此，如图56所示，在中间位置形成平行分隔槽180，以避开排列成二维方向的碳纳米管36。

[0392] 因此，得到包括许多阴极170的场致电子发射器件，每个阴极170包括以一定间隔排列的一列碳纳米管36和分隔所述阴极170的分隔槽180。

[0393] (FED)

[0394] 图57是使用该场致电子发射器件的FED的示意图。在所述FED中，所述阴极板200和阳极板300组合成相互对置的一个单元，所述FED的内部处于高真空状态。所述阴极板300包括基材35，在所述基材35上形成上述阴极170。所述阳极板300的结构与第五个实例相同。

[0395] 在所述FED中，例如当在所述阳电极320R、320G和320B与阴电极210R、210G和210B之间选择性地施加电压时，场致电子发射发生在交叉点上的阴极170中，这样使所述荧光膜330R、330G和330B的荧光材料发光，显示所需图像。在这种情况下，所述阴极170的碳纳米管36以一定的间隔二维排列，所以提高了每个碳纳米管36表面上的电场强度，以提高电子发射性能。

[0396] 因此，在所述改进方法中，如改进方法1所述，可沿二维方向调整所述能量束12的能量大小，形成热分布33，所以排列成二维方向的沉积区域34的图案可形成在所述基材10的表面上。

[0397] 而且，如改进方法1所述，由所述衍射光栅32使所述能量束12衍射，形成热分布33，所以热分布33的空间周期TX和TY可通过降低所述衍射光栅32中的周期间隔PX和PY容易地控制，从而可降低所述沉积区域34之间的间隔LX和LY。

[0398] 〔改进方法16〕

[0399] 图58描述了以网格形状在改进方法15的分隔槽形成步骤中形成的分隔槽180。在这种情况下，在所述分隔槽180中，X方向上的间隔和Y方向上的间隔可分别设定。

[0400] 当所述分隔槽以该网格形状形成时，在用作FED阴极板的阴电极中，配线可通过例如从所述基材35的背部形成孔来放置。

[0401] 而且，除了图58所示的改进方法，改进方法15的分隔槽形成步骤可进行各种改变。例如，沉积区域34形成后，可在通过生长碳纳米管36形成所述阴极170之前进行分隔槽形成步骤。而且，每多列碳纳米管(例如每两列)可形成所述分隔槽180。

[0402] 〔第六个实例〕

[0403] 接着，参照图59A一62，如下描述本发明第六个实例的制造场致电子发射器件的方法和制造显示单元的方法。在所述实例中，在催化剂排列步骤中，如改进方法2所述，所述基材10的表面散热，以在所述基材10的表面上形成凸起，将所述第二材料沉积在所述凸起的尖端部分，以形成包括凸起图案的基材，其中至少其尖端部分由所述第二材料制成。而且，在所述实例中，在阴极形成步骤中，所述基材和所述电极相互对置，在它们之间施加电场，以在低电压下垂直生长碳纳米管。除了它们，本实例的制造方法与第五个实例相同，所以与第五个实例相同的数字表示相同的元件。而且，与改进方法2中的制造部分重叠的部分可参照图1和14-17进行描述，与第五个实例中的制造步骤重叠的部分可参照图47和48进行描述。

[0404] (催化剂排列步骤)

[0405] 首先，如改进方法2所述，根据图1所示的步骤进行熔化步骤后，根据图14-16所示的步骤进行沉积步骤，从而形成包括凸起41的图案的基材43，在所述凸起41中，由铁制成的沉积区域42至少形成在其尖端部分。

[0406] (阴极形成步骤)

[0407] 然后，参照图59A-60，如下描述阴极形成步骤。如改进方法2所示，通过图17所示的步骤，所述碳纳米管44利用例如CVD法、PECVD法等生长在所述基材43上，以形成阴极170(参照图60)。此时，如图59A所示，基材43和由例如碳(C)制成的电极510相互对置，并在它们之间施加电压。如图59B所示，当所述凸起形成在基材43上时，在所述凸起41的位置上提高电场，所述碳纳米管44可垂直生长。因此，所述碳纳米管44的生长方向可在低电压下控制在统一的方向上。在由上述步骤中得到的阴极170中，所述碳纳米管44的取向是高的，所以，当所述阴极170用作所述FED的阴极时，可提高所述电子发射性能。在所述生长的碳纳米管44中，包括沉积在所述沉积区域42中的第二材料46，即本实例中的铁。

[0408] 当所述碳纳米管44生长，同时施加电场时，优选使用组成基材10的第一材料(例如高导电材料，如硅)，在所述硅中加入例如磷(P)。

[0409] (分隔槽形成步骤)

[0410] 接着，如第五个实例所述，通过图47和48所示的步骤进行分隔槽形成步骤。因此，如图61所示，所述分隔槽180形成在几列所述碳纳米管44之间的中间位置，以避开几列所述碳纳米管44。

[0411] 因此，可得到包括许多阴极170和使所述阴极170相互分隔的分隔槽180，每个阴极包括一列线性排列的碳纳米管44。

[0412] (FED)

[0413] 图62描述了使用该场致电子发射器件的FED的示意图。在所述FED中，所述阴极板200和阳极板300组合起来作为相互对置的一个单元，所述FED的内部处于高真空状态。所述阴极板200包括在其上面形成上述阴极170的基材43。所述阳极板300的结构与第一个实例所述的相同。

[0414] 在所述FED中，例如当在所述阳电极320R、320G和320B与所述阴电极210R、210G和210B之间选择性施加电压时，场致电子发射发生在位于交叉点上的阴极170中，所述荧光膜330R、330G和330B中的荧光物质发光，以显示所需图像。在这种情况下，所述阴极170的碳纳米管44的生长方向是垂直排列的，所述碳纳米管44的取向是高的，所以所述发射电子的数量是平均的，从而可提高所述电子发射性能。而且，可防止强度变化。

[0415] 因此，在本实例中，所述凸起41(其中至少其尖端部分由所述第二材料(铁)制成)形成在所述基材10的预定位置，所以，相比所述图案形成为平面形状的情况，可降低所述沉积区域42的宽度，并且相比第五个实例，可形成更精细的图案。

[0416] 而且，在本实例中，所述基材43和电极510相互对置，并在它们之间施加电压，所以碳纳米管44的生长方向可在低电压下控制到统一的方向上。因此，可提高所述阴极170的碳纳米管44的取向，当所述阴极170可用作FED的阴极时，可提高所述电子发射性能，并防止强度发生变化

[0417] 〔改进方法17〕

[0418] 图63A和63B描述了所述第六个实例中阴极形成步骤的改进方法。在所述改进方法中，如图63A所示，两个基材63相互对置，这样所述两个基材43的凸起41的图案相互对置，并在两个基材43之间施加电场。在所述改进方法中，在所述凸起41的位置上提高电场，并且如图63B所示，所述碳纳米管44可由所述两个基材43的凸起41的尖端部分垂直生长。因此，除了在第六个实例中的作用，所述碳纳米管44可同时垂直形成在所述两个基材43上，所以可进一步提高生产效率。

[0419] 〔改进方法18〕

[0420] 接着，参照图64-65B，如下描述第六个实例中的阴极形成步骤的另一个改进方法。在所述改进方法中，作为电极可使用凸起图案对应于所述基材43的凸起41的图案的电极，分布所述基材43和电极，这样所述基材43的凸起41的图案和所述电极的凸起图案就可相互对置。

[0421] 首先，如图64所示，如第六个实例中的熔化步骤和沉积步骤所述，所述凸起511的图案形成在与第六个实例所述相同的电极510上，以形成凸起电极512。所述凸起511的形状、宽度W和间隔L与凸起41的情况相同，不同的是没有沉积区域形成在所述凸起511的尖端部分。

[0422] 接着，如图65A所示，所述基材43的凸起41的图案和凸起电极512的凸起511的图案相互对置，并在所述基材43和凸起电极512之间施加电场。因此，在所述凸起41和511的位置中提高电场，并如图65B所示，所述碳纳米管44可由所述基材43的凸起41的尖端部分垂直生长。

[0423] 〔改进方法19〕

[0424] 图66A和66B还描述了第六个实例中阴极形成步骤的另一个改进方法。在所述改进方法中，如图66A所示，所述基材15(在其上面形成了第五个实例中的平面状沉积区域14的图案)和所述凸起电极512(在其上面形成了改进方法18中所述凸起511的图案)相互对置，并在它们之间施加电场。因此，在所述凸起511的位置中提高电场，并如图66B所示，所述碳纳米管16可从所述沉积区域14的位置上垂直生长。在生长的碳纳米管16中，包括沉积在所述沉积区域14上的第二材料，即在该实例中的铁。

[0425] 〔改进方法20〕

[0426] 图67A和67B描述了第五个实例中催化剂排列步骤的改进方法。在所述改进方法中，所述催化剂排列步骤包括“凸起电极形成步骤”和“还原/沉积步骤”，所述凸起电极形成步骤包括通过使用对应于所需图案调制的热分布在平面状电极的表面上形成凸起图案，所述还原/沉积步骤包括在包含具有催化剂功能的催化剂溶液中，在所述凸起电极和导电基材之间施加电场，从而在导电基材上形成对应于凸起电极(由具有催化剂功能的金属制成)的图案，以还原和沉积所述金属。

[0427] (凸起电极形成步骤)

[0428] 如改进方法18中的图64所示，所述凸起511的图案形成在具有平坦表面的电极510的表面上，以形成凸起电极511。形成凸起511的方法与改进方法18相同。

[0429] (还原/沉积步骤)

[0430] 接着，如图67A所示，在包括对形成碳纳米管有催化剂功能的金属(例如铁)的催化剂溶液520中，所述凸起电极512和导电基材530可相互对置，并在它们之间施加电场。作为具有催化剂功能的金属，除了铁可使用第一个实例中作为第二材料描述的材料。因此，在所述凸起511的位置上提高电场，并如图67B所示，通过还原根据所述凸起511的图案将铁沉积在所述导电基材530上，从而形成沉积区域531。因此，可得到具有沉积区域531的图案的基材530，从而完成所述催化剂排列步骤。

[0431] 在所述改进方法中，所述凸起511的图案通过热分布形成在所述平面状电极510的表面上，以在所述导电基材530上对应于所述凸起511的图案形成由催化剂金属(铁)制成的沉积区域531，所以可对应于所述凸起511的图案形成所述沉积区域531，它具有精细的宽度和精细间隔，这是常规光刻法所不能达到的。

[0432] 〔第七个实例〕

[0433] 接着，参照图68A-70，如下描述第七个实例中制造场致电子发射器件的方法和制造显示单元的方法。在所述实例中，还可包括对应于阴极形成引出电极的引出电极形成步骤。换句话说，在所述实例中，在改进方法13中进行分隔槽形成步骤后，形成引出电极，然后生长碳纳米管，以形成阴极。

[0434] (熔化步骤和沉积步骤)

[0435] 首先，如图68A所示，如第五个实例所示，进行所述熔化步骤和沉积步骤，并形成包括所述沉积区域14的图案的基材15。如上述，所述沉积区域14基本上形成为平面形状；但是，为了容易理解的目的，在图68A和68B中，所述沉积区域14从所述基材15的表面上凸出。

[0436] (分隔槽形成步骤)

[0437] 接着，如图68B所示，在所述沉积区域14的图案之间的中间位置形成分隔槽180，以避开所述沉积区域14的图案。形成所述分隔槽180的方法与改进方法13中参照图51和52所述的相同。

[0438] (引出电极形成步骤)

[0439] 形成所述分隔槽180后，进行引出电极形成步骤。首先，如图69A所示，由例如二氧化硅(SiO2)等制成的绝缘膜611通过例如旋涂或化学气相沉积形成在所述基材上。

[0440] 接着，如图69B所示，由例如铌(Nb)、钼(Mo)等制成的导电膜612通过例如旋涂或化学气相沉积形成在所述绝缘膜611上。

[0441] 形成导电膜612后，如图69C所示，通过例如光刻法或反应性离子蚀刻，在绝缘层611和导电膜612中对应于每个沉积区域14形成小孔部分613。因此，在所述基材15上形成由铌或钼制成的引出电极614，所述基材15和所述引出电极之间有所述绝缘膜611。

[0442] (阴极形成步骤)

[0443] 接着，如图70所示，与第五个实例一样，所述碳纳米管16生长在所述沉积区域14中，以形成阴极170。因此，可得到包括对应于所述阴极170的引出电极614的场致电子发射器件。

[0444] (FED)

[0445] 图71描述了使用该场致电子发射器件的FED的示意图。在所述FED中，所述阴极板200和阳极板300组合起来作为相互对置的一个单元，且所述FED的内部处于高真空状态。

[0446] 所述阴极板200包括上述阴极170和在其上面形成对应于所述阴极170的引出电极614的基材15。所述引出电极614包括分别对应于阴电极210R、210G和210B的用于R614R的引出电极、用于G 614G的引出电极和用于B 614B的引出电极。用于R 614R的引出电极、用于G 614G的引出电极和用于B 614B的引出电极连接到扫描驱动器(没有显示)上。

[0447] 所述阳极板300的结构与所述第一个实例相同，不同的是预定的DC电压固定施加到所述阳电极320R、320G和320B上。在图71中，仅描述了阳电极320R和荧光膜330R。

[0448] 在所述FED中，例如当在所述引出电极614R、614G和614B与所述阴电极210R、210G和210B之间选择性施加电压时，场致电子发射发生在交叉点上的阴极170中，所述荧光膜330R、330G和330B的荧光物质(参照图6)发光，以显示所需图案。在这种情况下，所述引出电极对应于所述阴极170形成，所以场致电子发射发生在低电压下。

[0449] 因此，在本实例中，对应于所述阴极170形成引出电极614，所以所述场致电子发射发生在低电压下。

[0450] 〔改进方法21〕

[0451] 接着，参照图72A-74，如下描述第七个实例的改进方法。在所述改进方法中，在第七个实例中，如改进方法11所述，在所述基材10(由作为金属催化剂的铁(Fe)制成)的表面上形成凸起图案后，在最尖端部分之外的凸起表面上形成能阻止所述碳纳米管生长的控制层，且相同的数字表示相同的元件。与第五个实例中的制造方法重叠的部分可参照图47和48进行描述，与第七个实例中的制造方法重叠的部分可参照图69A-69C进行描述。

[0452] 换句话说，在所述改进方法中，所述催化剂排列步骤包括“熔化步骤”、“凸起形成步骤”和“控制层形成步骤”，所述熔化步骤包括将根据所需图案调制的所述热分布11施加到所述基材10的表面上，以熔化所述基材10的表面，所述凸起形成步骤包括通过使所述基材10的表面散热，在对应于热分布11的位置(即以所需图案)上形成凸起，所述控制层形成步骤包括在除了最尖端部分之外的凸起表面上形成能阻止所述碳纳米管生长的控制层。如果需要的话，可进行形成分隔槽的“分隔槽形成步骤”。之后，进行“阴极形成步骤”，即通过在没有覆盖控制层的凸起的最尖端部分生长所述碳纳米管形成阴极。

[0453] (熔化步骤和凸起形成步骤)

[0454] 首先，如改进方法11所示，进行熔化步骤和凸起形成步骤，并如图72A所示，所述凸起134的图案形成在所述基材10的表面上。

[0455] (分隔槽形成步骤)

[0456] 之后，如第五个实例所述，如图72B所示，通过图47和48所示的步骤形成分隔槽180。

[0457] (控制层形成步骤)

[0458] 接着，如改进方法11所述，如图72C所示，控制层161通过图44所示的步骤形成在除了最尖端部分134B之外的凸起134的表面上。

[0459] 这样完成催化剂排列步骤，并形成基材700，其中所述控制层161形成在除了最尖端部分之外的凸起134的表面上。

[0460] (引出电极形成步骤)

[0461] 形成所述基材700后，如第七个实例所示，通过图69A-69C所示的步骤进行引出电极形成步骤。换句话说，首先，如图73A所示，通过例如溅射或化学气相沉积在所述基材700上形成由例如二氧化硅等制成的绝缘膜611。

[0462] 接着，如图73B所示，通过例如溅射或化学气相沉积在所述绝缘膜611上形成由例如铌(Nb)、钼等制成的导电膜612。

[0463] 形成导电膜612后，如图73C所示，通过例如光刻法和反应离子蚀刻，对应于各个凸起134的最尖端部分134B在所述绝缘膜611和导电膜612中形成小孔部分612。因此，由铌或钼制成的所述引出电极614形成在所述基材700上，在所述引出电极614和基材700之间有绝缘膜611。

[0464] (阴极形成步骤)

[0465] 接着，如图74所示，如改进方法11所述，所述碳纳米管163从各个凸起134的最尖端部分134B生长，形成所述阴极710。因此，可得到包括对应于所述阴极710的引出电极614的场致电子发射器件。

[0466] 因此，在所述改进方法中，除了第七个实例的作用，所述控制层161形成在除了最尖端部分134B之外的凸起134的表面上，所以碳纳米管163可仅生长在所述凸起134的最尖端部分134B上。

[0467] 特别是，当绝缘材料用作所述控制层161的材料时，围绕所述凸起134的最尖端部分134B的区域用由绝缘材料制成的控制层161填充，所以相比所述碳纳米管163周围没有绝缘材料的情况，可在所述碳纳米管163上集中更高的场强。

[0468] 尽管参照所述实例和改进方法描述了本发明，但是本发明并没有局限于这些实例和改进方法，并且可进行许多改进。例如，在上述实例中，能量束12的能量大小可通过脉冲辐照的数量进行调节；但是，可调节所述脉冲辐照的数量、辐照强度和脉冲宽度。

[0469] 而且，在上述实例和上述改进方法中，通过使用衍射光栅13、32和43形成热分布11和41；但是，可通过使用分束镜和镜子形成热分布11和41。

[0470] 此外，在上述实例和改进方法中，可通过XeCl准分子激光器施加所述能量束12；但是，也可使用除了所述XeCl以外的任何激光器，只要可调制形成所述热分布，可使用典型通用电热炉(扩散炉)或灯作为加热器的任何其它方法来进行加热。

[0471] 另外，在上述实例和改进方法中，所述沉积步骤或凸起形成步骤中的热散失是通过熔融步骤完成后在室温自然冷却进行的；但是，可在小于室温的温度下通过强制冷却来缩短所述沉积步骤或凸起形成步骤。

[0472] 另外，例如在改进方法15的阴极形成步骤中，如第六个实例所述，所述基材35和电极(没有显示)相互对置，且可在它们之间施加电压。

[0473] 此外，例如作为第二个实例和第六个实例的组合，当通过在基材和电极之间施加电场以在垂直方向上生长的碳纳米管的高度均化时，所述碳纳米管的形状和生长方向可以是统一的，当所述碳纳米管用在FED中时，所述电场发射性能可再次提高。

[0474] 而且，例如如第二个实例所述，所述碳纳米管16的高度均化后，如第七个实例所述，由铌或钼制成的引出电极可形成在固定层18上。在这种情况下，所述固定层18优选由绝缘材料制成。

[0475] 此外，例如在制造场致电子发射器件的方法和制造显示单元的方法中，催化剂排列步骤如改进方法1所述进行的情况可参见改进方法15，催化剂排列步骤如改进方法2所述进行的情况可参见第六个实例所述，催化剂排列步骤如改进方法11所述的情况可参见改进方法21。但是，改进方法3-10中所述催化剂排列步骤的改进方法可应用到制造场致电子发射器件的方法和制造显示单元的方法。

[0476] 在基材上分布具有催化剂功能的金属的方法并没有局限于上述实例和改进方法。例如，凸起可形成在由催化剂金属制成的基材上，所述凸起的顶表面可进行平整化。

[0477] 另外，在上述实例和改进方法中，碳纳米管形成为管状碳分子的情况如所述；但是，本发明并没有局限于这种情况，它可应用到形成碳纳米触角(nanohorn)或碳纳米纤维的情况。

[0478] 如上述，在制造本发明的管状碳分子的方法中，可通过熔化分布对形成管状碳分子具有催化剂功能的金属，以生长管状碳分子，所述熔化是通过调制热分布达到的，所以可通过控制所述热分布形成具有精细宽度和精细间隔的图案，这是常规光刻法所不能达到的，并可得到管状碳分子，其中所述管状碳分子可对应于所述图案规则排列。

[0479] 在制造本发明记录设备的方法中，可通过熔化分布对形成管状碳分子具有催化剂功能的金属，以生长管状碳分子，所述熔化是通过调制热分布达到的，所述管状碳分子的尖端形成在预定平面中，所述尖端形成为开口尖端，然后从所述开口尖端将磁性材料插入所述管状碳分子的尖端部分，形成磁性层。因此，磁化长度可以是小尺寸的，这是常规光刻法所不能达到的。因此，所述记录密度可非常高。而且，所述磁性层由管状碳分子分隔，所以在其它相邻管状碳分子中没有磁性层的作用，预定的磁化方向可稳定保持较长时间，并可提高所述记录设备的可靠性。

[0480] 如上述，在制造本发明场致电子发射器件的方法中、在本发明场致电子发射器件中、在制造本发明显示单元的方法中、或本发明的显示单元中，包括所述催化剂排列步骤和所述阴极形成步骤，所述催化剂排列步骤包括通过熔化将对管状碳分子具有催化剂作用的金属分布在所述基材上，所述熔化是通过调制热分布达到的，所述阴极形成步骤包括通过生长所述管状碳分子形成所述阴极，所以，通过控制所述热分布，所述催化剂金属可以具有精细宽度和精细间隔的图案(这是常规光刻法所不能达到的)分布，并可得到所述阴极，其中管状碳分子对应于所述图案规则排列。