CN102656660A

CN102656660A - 电子发射元件以及具有该电子发射元件的摄像装置

Info

Publication number: CN102656660A
Application number: CN2009801628937A
Authority: CN
Inventors: 吉成正树
Original assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2012-09-05
Also published as: US8436332B2; JPWO2011074038A1; WO2011074038A1; JP5301683B2; US20120235113A1

Abstract

本发明的技术问题是提供一种即使设置聚焦电极层、栅电极层以及聚焦电极层也不会借助碳层而导通的面发射型电子发射元件以及具有该电子发射元件的摄像装置。作为解决上述技术问题的手段，电子发射元件具有：从面发射部发射电子的电子发射层；聚焦电极层，其隔着第1绝缘体层成膜在电子发射层的表面，使发射出的电子聚焦；栅电极层，其隔着第2绝缘体层，成膜在聚焦电极层的表面；发射凹部，其贯通栅电极层、第2绝缘体层、聚焦电极层以及所述第1绝缘体层，在面发射部的表面开口成凹状；碳层，其成膜在从栅电极层的表面到发射凹部的内周面的范围内；以及部分绝缘部，其使聚焦电极层与碳层绝缘。

Description

电子发射元件以及具有该电子发射元件的摄像装置

技术领域

本发明涉及一种电子发射元件以及具有该电子发射元件的摄像装置，该电子发射元件具有使从面发射部发射出的电子聚焦的聚焦电极。

背景技术

近年来，关于不对阴极（阴极电极）加热而通过使用电场使电子发射的技术，提出了所谓的面发射型电子发射元件（参照专利文献1），该面发射型电子发射元件具有层叠在电子发射层上的绝缘层以及贯通栅电极层的开口（发射凹部）以及层叠在栅电极层上以及开口的内周面的碳层，通过向栅电极层施加电压，使得从在开口的底部露出的电子发射层发射出电子。

在先技术文献

专利文献

【专利文献1】国际公开2007-114103号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

不过，在安装时，在组装到摄像装置中的情况下，电子发射元件与具有阳极和光电转换层的基板隔着真空空间相对配置，发射出的电子与光电转换层的空穴结合，此时的电流被检测为视频信号。此时，为了使发射的电子高效率地与光电转换层的空穴碰撞，需要使电子束聚焦在光电转换层的正面。

因此，在上述的面发射型电子发射元件中，为了抑制发射出的电子的轨道（电子束）宽度，考虑设置聚焦电极层，通过施加与栅电极层不同电位的电压，使电子进行电场聚焦。然而，如果像这样做，则会由于在制造工序的最后成膜在发射凹部的内周面的碳层，栅电极层与聚焦电极层导通。由此，可以预料到存在栅电极层与聚焦电极层成为同电位，无法使两者间产生足够的电位差，从而无法使电子聚焦的问题。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种即使设置聚焦电极层、栅电极层以及聚焦电极层也不会借助碳层而导通的面发射型电子发射元件以及具有该电子发射元件的摄像装置。

解决问题的手段

本发明的电子发射元件的特征在于，其具有：电子发射层，其从面发射部发射电子；聚焦电极层，其隔着第1绝缘体层成膜在电子发射层的表面，使发射出的电子聚焦；栅电极层，其隔着第2绝缘体层成膜在聚焦电极层的表面；发射凹部，其贯通栅电极层、第2绝缘体层、聚焦电极层以及第1绝缘体层，在面发射部的表面开口成凹状；碳层，其从栅电极层的表面一直成膜到发射凹部的内周面；以及部分绝缘部，其使聚焦电极层与碳层绝缘。

本发明的另一电子发射元件的特征在于，其具有：电子发射层，其从面发射部发射电子；栅电极层，其隔着第1绝缘体层成膜在电子发射层的表面；聚焦电极层，其隔着第2绝缘体层成膜在栅电极层的表面，使发射出的电子聚焦；第3绝缘体层，其层叠在聚焦电极层的表面；发射凹部，其贯通第3绝缘体层、聚焦电极层、第2绝缘体层、栅电极层以及第1绝缘体层，在面发射部的表面开口成凹状；碳层，其从第3绝缘体层的表面一直成膜到发射凹部的内周面；以及部分绝缘部，其使聚焦电极层与碳层绝缘。

根据上述结构，通过使聚焦电极层与碳层绝缘的部分绝缘部，使得聚焦电极层和栅电极层不能借助于碳层而导通，所以能够向聚焦电极层施加与栅电极层不同电位的电压，从而能够使从面发射部发射的电子（电子束）高效地聚焦。

另外，尤其优选栅电极层以及聚焦电极层由钨（W）构成，除此之外，也可以由Si、Al、Ti、TiN、Cu、Ag、Cr、Au、Pt、C等金属构成。

在该情况下，优选部分绝缘部至少由设于碳层和栅电极层之间的侧壁、设于碳层和第2绝缘体层之间的侧壁、设于碳层和聚焦电极层之间的侧壁、以及设于碳层和第1绝缘体层之间的侧壁中的、设于碳层和聚焦电极层之间的侧壁构成。

在该情况下，优选部分绝缘部至少由设于碳层和第3绝缘体层之间的侧壁、设于碳层和聚焦电极层之间的侧壁、设于碳层和第2绝缘体层之间的侧壁、设于碳层和栅电极层之间的侧壁、以及设于碳层和第1绝缘体层之间的侧壁中的、设于碳层和聚焦电极层之间的侧壁构成。

根据上述结构，能够通过发射凹部的形状或者成膜/刻蚀工序来选择侧壁的形成部位。另外，由于不仅在碳层与聚焦电极层之间形成侧壁，而且在碳层与其他层之间也形成侧壁，所以不需要复杂的成膜/刻蚀工序，就能够容易地形成使碳层与聚焦电极层绝缘的部分绝缘部。

该情况下，优选侧壁的膜厚（膜宽）形成为与第2绝缘体层的绝缘性能大致相同的厚度。

根据上述结构，与对栅电极层绝缘的情况一样，聚焦电极层也能够与碳层具有充分的绝缘，从而能够避免由于从第2绝缘体层的漏电流（泄漏）而导致的损害侧壁设置意义的情况。由此，能够使聚焦电极层和栅电极层之间适当地绝缘。另外，在采用相同的绝缘性材料构成侧壁和第2绝缘体层的情况下，优选侧壁的膜厚（膜宽）与第2绝缘体层的膜厚为相同厚度。

另外，在这些情况下，优选电子发射层由非晶硅构成，部分绝缘部由氧化物或氮化物构成。

根据上述结构，部分绝缘部能够促进电子发射层的氧化，提高面发射部的电子发射性能。另外，对于构成部分绝缘部的氧化物，氧化硅（SiO_X）特别有效，其他如WO_X、AlO_X、TiO_X、CuO_X、AgO_X、CrO_X、MgO_X等金属氧化物，MgAl2O₄、BaTiO₃等金属复合氧化物也可以。

另外，在这些情况下，优先以使得聚焦电极层的电位低于所述栅电极层的电位的方式分别施加电压。

根据上述结构，由于能够以比栅电极层低的电压使聚焦电极层发挥功能，所以能够实现从整体上以低电压使电子发射的电子发射元件。

另外，在这些情况下，聚焦电极层的电位也可以为负电位。

根据上述结构，由于能够将栅电极层与聚焦电极层的电位差取得较大，所以即使整体而言施加电压低，也能够充分提高聚焦电极的聚焦效果。

另外，在这些情况下，优选发射凹部形成为向电子发射方向扩展。

根据上述结构，位于发射凹部的上部的各电极层以及各绝缘体层的层端不会对发射出的电子的轨道构成妨碍（电子束的衰减），由此，能够高效率地发射电子。

本发明的摄像装置的特征在于，其具有：电子发射基板部，其具有阴极以及上述的电子发射元件；以及受光基板部，其与电子发射基板部对面设置，具有光电转换层以及阳极，在该受光基板部与电子发射基板部之间存在真空空间。

根据上述结构，能够高效率地将发射出的电子聚焦在光电转换层的正面上，还能够提供检测精度高且省电型的摄像装置。

附图说明

图1是第1实施方式的电子发射元件的发射凹部周边的放大截面图。

图2是示出第1实施方式的电子发射元件的发射凹部的形成工序的图。

图3是示出第1实施方式的电子发射元件的发射凹部的形成工序的图。

图4是示出第1实施方式的电子发射元件的发射凹部的形成工序的图。

图5是示出第1实施方式的电子发射元件的发射凹部的第1变形例的放大截面图。

图6是示出第1实施方式的电子发射元件的发射凹部的第2变形例的放大截面图。

图7是示出第1实施方式的摄像装置的结构的示意截面图。

图8是第2实施方式的电子发射元件的发射凹部周边的放大截面图。

图9是示出第2实施方式的电子发射元件的发射凹部的第1变形例的放大截面图。

图10是示出第2实施方式的电子发射元件的发射凹部的第2变形例的放大截面图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的一个实施方式的电子发射元件以及具有该电子发射元件的摄像装置进行说明。该电子发射元件是具有冷阴极型电子源的所谓的面发射型电子发射元件，另外，摄像装置构成为，使以矩阵状配置了多个该电子发射元件而得到的电子发射元件阵列与光电转换膜相对，且与该光电转换膜之间存在真空空间。

<第1实施方式>

如图1所示，电子发射元件1具有：阴极电极层2；层叠在阴极电极层2上的由非晶硅（a-Si）构成的电子发射层3；以及形成在电子发射层3上的由多个电极层和多个绝缘体层构成的电极层部4。电极层部4具有成膜在电子发射层3上的第1绝缘体层5、成膜在第1绝缘体层5上的聚焦电极层6、成膜在聚焦电极层6上的第2绝缘体层7、以及成膜在第2绝缘体层7上的栅电极层8。另外，在电极层部4上，形成有贯通各层的、在底部露出电子发射层3的凹状的电子发射凹部10，在该电子发射层3的露出部分构成了面发射部9即射出区域。并且，在栅电极层8的表面以及电子发射凹部10的内周面成膜有碳层11，在碳层11和电子发射凹部10的内周面之间，形成有由氧化硅（SiO_X）构成的绝缘性侧壁12。另外，摄像单元（像素）113由电子发射元件1（电子发射凹部10）的阵列构成（图7参照），详细内容将在后面进行叙述。

当使阴极电极层2为接地电位并向栅电极层8施加所期望的电压时，在电子发射层3的面发射部9产生强电场。电子发射层3内部的电子被形成的电场加速，由于隧道效应，从面发射部9发射出电子。此时，当比栅电极层8低电位的电压被施加给聚焦电极层6（使二者具有电位差）时，发射出的电子（电子束）被会聚，射束点被凝缩，而供给到后述的光电转换层123的背面。成膜在栅电极层8的表面以及电子发射凹部10的内周面的碳层11与栅电极层8和面发射部9电导通，激励电子的发射。另外，碳层11通过与由非晶硅构成的电子发射层3的相互作用，提高了面发射部9的电子发射性能。侧壁12使聚焦电极层6和碳层11绝缘，防止栅电极层8和聚焦电极层6通过碳层11导通（将在后面详述）。

电子发射凹部10具有被成膜在最上部的栅电极层8的层端围起的上部发射凹部10a和被第1绝缘体层5、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7的层端围起的下部发射凹部10b，电子发射凹部10通过2次刻蚀而形成，详细内容将在后面进行叙述。栅电极层8的层端相比于第1绝缘体层5、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7的层端后退，由此形成了上部发射凹部10a，对于电子发射凹部10，整体而言上部相对于下部被扩展形成。由此，抑制了栅电极层8的层端在从面发射部9发射的电子的轨道上突出（构成阻碍）。

侧壁12具有形成在上部发射凹部10a的内周面（后退的栅电极层8的层端）的上部侧壁12a和形成在下部发射凹部10b的内周面（第1绝缘体层5、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7的层端）的下部侧壁12b。由于成膜在电子发射凹部10的内周面的绝缘材料（SiO_X）是通过回蚀（etchback）而形成的，因而侧壁12如上述那样被分割为两部分。并且，碳层11均匀地成膜为覆盖栅电极层8的表面以及上部侧壁12a、下部侧壁12b。另外，在本实施方式中，为了抑制不期望的漏电流（泄漏）以及不期望的碳层11的发热，在作为电子发射凹部10底部的面发射部9没有成膜碳层11。

接着，对构成成膜在电极层部4上的各层的材料以及膜厚进行说明。栅电极层8由钨（W）构成，成膜为膜厚60nm

聚焦电极层6与栅电极层8一样由钨构成，比栅电极层8还薄，成膜为膜厚50nm另外，优选地，栅电极层8以及聚焦电极层6中的任意一个的膜厚均成膜在10～200nm（100～

）的范围内。另外，栅电极层8以及聚焦电极层6也可以采用钨以外的Si、Al、Ti、TiN、Cu、Ag、Cr、Au、Pt、C等金属。

优选地，第1绝缘体层5以及第2绝缘体层7由与侧壁12相同的材料（SiO_X等）构成，分别成膜为膜厚150nm

即，使栅电极层8和聚焦电极层6之间绝缘的膜厚（第2绝缘体层7的膜厚）是150nm

使栅电极层8和电子发射层3之间绝缘的膜厚（第1绝缘体层5、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7的总膜厚）是350nm

另外，优选地，第1绝缘体层5以及第2绝缘体层7中的任意一个的膜厚均成膜在50～1000nm（500～

）的范围内。

侧壁12如上述所述由氧化硅（SiO_X）构成，成膜为膜厚（膜宽）150nm即，侧壁12（特别是上部侧壁12a）具有与使栅电极层8和聚焦电极层6之间绝缘的第2绝缘体层7相同的膜厚。由此，聚焦电极层6以与对栅电极层8进行绝缘同样的绝缘性能对碳层11绝缘，从而防止了由于从侧壁12的泄漏而导致的绝缘性能下降。另外，认为在电子发射时，面发射部9由于产生的强电场而被加热被氧化，而由作为氧化物的SiO_X构成的侧壁12促进了由非晶硅构成的面发射部9的氧化，提高了面发射部9的电子发射性能。另外，侧壁12也可以采用氧化硅以外的WO_X、AlO_X、TiO_X、CuO_X、AgO_X、CrO_X、MgO_X等金属氧化物，MgAl2O₄、BaTiO₃等金属复合氧化物或者氮化物。

而且，设定为施加到聚焦电极层6的电压比施加到栅电极层8（碳层11）的电压低，优选在将栅电极层8的电位设定成20V的情况下，两者的凹部空间电位差为0～13V。这样，成为如下结构：施加电压使得聚焦电极层6相比栅电极层8成为足够低的电位，作为整体向电子发射元件1的施加电压被抑制得低。另外，为了提高聚焦效果，施加到聚焦电极层6的电压也可以为负电位。

接着，参照图2至图4，对电子发射元件1的制造方法进行说明。图2示出上部发射凹部10a的制造工序。首先，在形成在图外的基板上的阴极电极层2上，通过溅射法以及CVD法，依序对构成电子发射层3的非晶硅、构成第1绝缘体层5的氧化硅、构成聚焦电极层6的钨、构成第2绝缘体层7的氧化硅以及构成栅电极层8的钨进行成膜（参照图2（a））。此时，将各层成膜为上述的膜厚（栅电极层8的膜厚=60nm，聚焦电极层6的膜厚=50nm，第1绝缘体层5以及第2绝缘体层7的膜厚=150nm）。

接着，在成膜于最上部的栅电极层8上，通过旋转涂布法等涂布光刻胶层20，经过曝光/显影工序，在电子发射凹部10的形成位置上，形成具有与上部发射凹部10a的开口尺寸相同尺寸的光刻胶除去部的光刻胶图案21（参照图2（b））。另外，在实际的工序中，为了构成电子发射元件1的阵列，将多个光刻胶除去部形成为矩阵状。接着，对由于光刻胶图案21的形成而露出的栅电极层8的一部分通过RIE（ReactiveIon Etching；反应性离子刻蚀）法进行刻蚀（各向异性刻蚀）。由此，在第2绝缘体层7上，只去除栅电极层8的一部分（圆形部分），形成成为上部发射凹部10a的开口22（参照图2（c））。此后，只去除光刻胶层20。

图3示出下部发射凹部10b的制造工序。图3（a）示出了去除光刻胶层20而在栅电极层8上形成了开口22的状态。首先，在栅电极层8的表面以及露出的第2绝缘体层7上，通过旋转涂布法等涂布光刻胶层30，经过曝光/显影工序，形成具有与下部发射凹部10b的开口尺寸相同尺寸的光刻胶除去部的光刻胶图案31。此时，光刻胶图案31形成为与上部发射凹部10a同轴（同心）且直径变小（参照图3（b））。然后，通过所形成的光刻胶图案31，采用RIE法对第1绝缘体层5、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7进行刻蚀（各向异性刻蚀）。由此，在电子发射层3上，形成去除了第1绝缘体层5、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7的圆形开口32。即，形成下部发射凹部10b，在其底部露出电子发射层3（面发射部9）（参照图3（c））。此后，只去除光刻胶层30。

图4示出侧壁12的制造工序。图4（a）示出去除光刻胶层30而在电子发射层3上形成了电子发射凹部10的状态。首先，在栅电极层8的表面、电子发射凹部10的内周面以及露出的电子发射层3（面发射部9）上，通过CVD法等对构成侧壁12的氧化硅进行成膜。此时，氧化硅成膜为上述的侧壁12的膜厚（膜宽）（150nm）（参照图4（b））。接着，通过RIE法对成膜的氧化硅进行回蚀，直到露出栅电极层8的表面。由此，在与层面垂直的方向上，以等厚的方式刻蚀氧化硅，露出栅电极层8的表面以及电子发射层3的面发射部9，在上部发射凹部10a以及下部发射凹部10b的内周面上，形成膜厚（膜宽）为150nm的上部侧壁12a以及下部侧壁12b（参照图4（c））。然后，在最后，通过溅射法等，将碳层11成膜在栅电极层8的表面以及电子发射凹部10的内周面上（参照图1）。

接着，参照图5以及图6，对第1实施方式的电子发射元件1的变形例进行说明。图5示出第1实施方式的第1变形例的电子发射元件1。如图5所示，本变形例的侧壁12具有形成在碳层11和上部发射凹部10a（栅电极层8的层端）之间的上部侧壁12a以及仅形成在碳层11和面向下部发射凹部10b的聚焦电极层6的层端之间的下部侧壁12b。下部侧壁12b具有与第2绝缘体层7的膜厚相同的膜厚（膜宽），形成为与从上下方向夹着聚焦电极层6的第1绝缘体层5以及第2绝缘体层7的层端对齐，并嵌入到下部发射凹部10b的内周面中。由此，聚焦电极层6与栅电极层8一样，相对碳层11充分绝缘，侧壁12成为能够充分防止聚焦电极层6通过碳层11与栅电极层8导通的结构。

图6示出第1实施方式的第2变形例的电子发射元件1。如图所示，第2变形例的侧壁12只形成在碳层11和面向下部发射凹部10b的聚焦电极层6的层端之间。该侧壁12与第1变形例的下部侧壁12b一样，具有与第2绝缘体层7的膜厚相同的膜厚（膜宽），嵌入到下部发射凹部10b的内周面中而形成，使得与从上下方向夹着聚焦电极层6的第1绝缘体层5以及第2绝缘体层7的层端对齐。

由于侧壁12的目的是使聚焦电极层6与碳层11之间绝缘，所以本变形例只在聚焦电极层6和碳层11之间形成侧壁12，栅电极层8的层端和碳层11之间为导通状态。

下面，参照图7，对安装了上述电子发射元件1的摄像装置100进行说明。图7是示意性地表示摄像装置100的截面图，如图7所示，摄像装置100具有制作进了多个电子发射元件1的电子发射基板部110；成为发射出的电子的目标的受光基板部120，其与电子发射基板部110对向配置，在受光基板部120与电子发射基板部110之间存在真空空间；以及间隔配置在电子发射基板部110和受光基板部120之间的、控制发射出的电子的轨道的网状电极130。

电子发射基板部110具有硅基板111；形成在硅基板111上的驱动电路层112；以及在驱动电路层112上形成为矩阵状的多个摄像单元113。各摄像单元113作为一个像素发挥作用，由将多个电子发射元件1配置为矩阵状的电子发射元件阵列114构成。即，构成1个摄像单元113的电子发射元件阵列114作为整体进行驱动。在以硅作为材料的基板上，制作进驱动电子发射元件阵列114（电子发射元件1）的MOS晶体管阵列（开关）以及由控制MOS晶体管阵列的水平/垂直扫描电路构成的驱动电路（图示省略），从而构成驱动电路层112。而且，多个电子发射元件阵列114（摄像单元113）被驱动电路逐点顺序驱动（扫描）。

受光基板部120具有：透明的玻璃基板121、层叠在玻璃基板121背面的阳极电极层122（透明电极）；以及层叠在阳极电极层122背面的光电转换层123。当向阳极电极层122施加电压时，在光电转换层123产生的空穴被来自玻璃基板121侧的入射光加速，在光电转换层123的背面附近，形成对应于入射光像的空穴图案（图示省略）。网状电极130控制发射出的电子的轨道，并且为了吸收剩余电子，被配设在电子发射基板部110和受光基板部120之间。另外，虽然未图示，但受光基板部120具有供给驱动受光基板部120所需要的信号和/或电压的电路、和/或输出检测出的视频信号的电路等。

对于该摄像装置100，从电子发射基板部110的电子发射凹部10发射出的电子通过网状电极130的孔131，与成长在受光基板部120的光电转换层123的正面附近的空穴图案结合，结合时的电流作为视频信号被检测，由此来拍摄视频。即，在光电转换层123中，由于反映入射光像的空穴图案导致了每个摄像元件113的空穴的蓄积量不同，从而检测到不同的视频信号，该视频信号的强弱作为明暗被感知。另外，也可以在受光基板部120（玻璃基板121）的正面形成彩色滤光片。在此情况下，由于分别引入了R/G/B图像（视频），因此，能够进行彩色拍摄。

<第2实施方式>

以下，参照图8至图10，对本发明第2实施方式的电子发射元件1进行说明。在上述的第1实施方式中，在电极层部4中，聚焦电极层6成膜在栅电极层8的下方，而在第2实施方式中，在电极层部4中，聚焦电极层6成膜在栅电极层8的上方。另外，在以下的说明中，与第1实施方式相同的结构部分标注相同的符号并省略详细的说明。

如图8所示，第2实施方式的电子发射元件1具有阴极电极层2、层叠在阴极电极层2上的电子发射层3以及形成在电子发射层3上的电极层部4。电极层部4具有成膜在电子发射层3上的第1绝缘体层5、成膜在第1绝缘体层5上的栅电极层8、成膜在栅电极层8上的第2绝缘体层7、成膜在第2绝缘体层7上的聚焦电极层6以及成膜在聚焦电极层6上的第3绝缘体层50。而且，在电极层部4上形成有贯通各层且在底部露出面发射部9的电子发射凹部10。并且，在第3绝缘体层50的表面以及电子发射凹部10的内周面成膜有碳层11。另外，在碳层11和电子发射凹部10的内周面之间形成有侧壁12。

电子发射凹部10具有被成膜在上部的第3绝缘体层50、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7的层端围起的上部发射凹部10a以及被栅电极层8以及第1绝缘体层5的层端围起的下部发射凹部10b。第3绝缘体层50、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7的层端相比于栅电极层8以及第1绝缘体层5的层端后退从而了形成了上部发射凹部10a，对于电子发射凹部10，整体而言上部相对于下部被扩开形成。由此，抑制了栅电极层8的层端在从面发射部9发射出的电子的轨道上突出。另外，相比于下部发射凹部10b，上部发射凹部10a后退了比侧壁12的膜厚（膜宽）足够大的距离，从而碳层11和栅电极层8相接（导通部51）。这是为了避免由于侧壁12而导致栅电极层8被绝缘层包围而与碳层11绝缘。

侧壁12具有形成在上部发射凹部10a的内周面（后退的第3绝缘体层50、聚焦电极层6以及第2绝缘体层7的层端）的上部侧壁12a和形成在下部发射凹部10b的内周面（栅电极层8以及第1绝缘体层5的层端）的下部侧壁12b。并且，碳层11均匀地成膜为覆盖栅电极层8的表面以及上部侧壁12a、下部侧壁12b。另外，与第1实施方式相同，使碳层11不成膜在面发射部9。

构成成膜在电极层部4上的各层的材料与第1实施方式相同，只有本实施方式的电极层部4具有的第3绝缘体层50由与第1绝缘体层5以及第2绝缘体层7相同的材料构成。另外，对于各层的膜厚也与第1实施方式相同，不过只有使电子发射层3与栅电极层8绝缘的第1绝缘体层5，为了使两者间充分绝缘，成膜为具有350nm

的膜厚。

接着，参照图9以及图10，对第2实施方式的变形例进行说明。图9示出第2实施方式的第1变形例的电子发射元件1。如图9所示，本变形例的侧壁12具有只形成在碳层11与面向上部发射凹部10a的聚焦电极层6的层端之间的上部侧壁12a和只形成在碳层11与面向下部发射凹部10b的栅电极层8的层端之间的下部侧壁12b。上部侧壁12a具有与第2绝缘体层7的膜厚相同的膜厚（膜宽），嵌入到上部发射凹部10a的内周面中形成，使得与从上下方向夹着聚焦电极层6的第2绝缘体层7以及第3绝缘体层50的层端对齐。由此，聚焦电极层6与栅电极层8一样，对碳层11充分绝缘，侧壁12成为能够充分防止聚焦电极层6通过碳层11与栅电极层8导通的结构。

图10示出本实施方式的第2变形例的电子发射元件1。如图所示，本变形例的侧壁12只形成在碳层11和面向上部发射凹部10a的聚焦电极层6的层端之间。该侧壁12与第1变形例的上部侧壁12a一样，具有与第2绝缘体层7的膜厚相同的膜厚（膜宽），嵌入到上部发射凹部10a的内周面中而形成，使得与从上下方向夹着聚焦电极层6的第2绝缘体层7以及第3绝缘体层50的层端对齐。

由于侧壁12的目的是使聚焦电极层6与碳层11之间绝缘，所以本变形例只在聚焦电极层6和碳层11之间形成侧壁12。

根据上述结构，电子发射元件1，通过使聚焦电极层6和碳层11绝缘的侧壁12，使得聚焦电极层6和栅电极层8无法通过碳层11导通，所以能够向聚焦电极层6施加与栅电极层8不同电位的电压，从而能够使电子的轨道高效率地聚焦。特别地，根据除了变形例以外的实施方式，不需要复杂的成膜/刻蚀工序，就能容易地形成使碳层11和聚焦电极层6绝缘的侧壁12。并且，由于通过比栅电极层8还低的电压使聚焦电极层6发挥功用，所以作为整体而言能够以低电压使电子发射。

而且，具有电子发射元件1的摄像装置100能够将发射出的电子高效率地聚焦在光电转换层123的正面，成为省电型且检测精度高的摄像装置。

【标号说明】

1电子发射元件 2阴极电极层

3电子发射层 5第1绝缘体层

6聚焦电极层 7第2绝缘体层

8栅电极层 9面发射部

10电子发射凹部 11碳层

12侧壁 12a上部侧壁

12b下部侧壁 50第3绝缘体层

100摄像装置 110电子发射基板部

111硅基板 120受光基板部

121玻璃基板 122阳极电极层

123光电转换层 130网状电极

Claims

1.一种电子发射元件，其特征在于，该电子发射元件具有：

电子发射层，其从面发射部发射电子；

聚焦电极层，其隔着第1绝缘体层成膜在所述电子发射层的表面，使发射出的电子聚焦；

栅电极层，其隔着第2绝缘体层成膜在所述聚焦电极层的表面；

发射凹部，其贯通所述栅电极层、所述第2绝缘体层、所述聚焦电极层以及所述第1绝缘体层，在所述面发射部的表面开口成凹状；

碳层，其从所述栅电极层的表面一直成膜到所述发射凹部的内周面；以及

部分绝缘部，其使所述聚焦电极层与所述碳层绝缘。

2.一种电子发射元件，其特征在于，该电子发射元件具有：

电子发射层，其从面发射部发射电子；

栅电极层，其隔着第1绝缘体层成膜在所述电子发射层的表面；

聚焦电极层，其隔着第2绝缘体层成膜在所述栅电极层的表面，使发射出的电子聚焦；

第3绝缘体层，其层叠在所述聚焦电极层的表面；

发射凹部，其贯通所述第3绝缘体层、所述聚焦电极层、所述第2绝缘体层、所述栅电极层以及所述第1绝缘体层，在所述面发射部的表面开口成凹状；

碳层，其从所述第3绝缘体层的表面一直成膜到所述发射凹部的内周面；以及

部分绝缘部，其使所述聚焦电极层与所述碳层绝缘。

3.根据权利要求1所述的电子发射元件，其特征在于，

所述部分绝缘部至少由设于所述碳层和所述栅电极层之间的侧壁、设于所述碳层和所述第2绝缘体层之间的侧壁、设于所述碳层和所述聚焦电极层之间的侧壁、以及设于所述碳层和所述第1绝缘体层之间的侧壁中的、设于所述碳层和所述聚焦电极层之间的侧壁构成。

4.根据权利要求2所述的电子发射元件，其特征在于，

所述部分绝缘部至少由设于所述碳层和所述第3绝缘体层之间的侧壁、设于所述碳层和所述聚焦电极层之间的侧壁、设于所述碳层和所述第2绝缘体层之间的侧壁、设于所述碳层和所述栅电极层之间的侧壁、以及设于所述碳层和所述第1绝缘体层之间的侧壁中的、设于所述碳层和所述聚焦电极层之间的侧壁构成。

5.根据权利要求3或4所述的电子发射元件，其特征在于，

所述侧壁的膜厚（膜宽）形成为与所述第2绝缘体层的绝缘性能大致相同的厚度。

6.根据权利要求1或2所述的电子发射元件，其特征在于，

所述电子发射层由非晶硅构成，

所述部分绝缘部由氧化物或氮化物构成。

7.根据权利要求1或2所述的电子发射元件，其特征在于，

以使得所述聚焦电极层的电位低于所述栅电极层的电位的方式分别施加电压。

8.根据权利要求7所述的电子发射元件，其特征在于，

所述聚焦电极层的电位为负电位。

9.根据权利要求1或2所述的电子发射元件，其特征在于，

所述发射凹部形成为向电子发射方向扩展。

10.一种摄像装置，其特征在于，该摄像装置具有：

电子发射基板部，其具有阴极以及权利要求1至9中任意一项所述的电子发射元件；以及

受光基板部，其面对所述电子发射基板部，具有光电转换层以及阳极，在该受光基板部与所述电子发射基板部之间存在真空空间。