CN102696089A - 电子发射元件以及具备该电子发射元件的摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明的技术问题是提供一种即使设置聚焦电极层（8），栅电极层（6）以及聚焦电极层也不会借助碳层（11）导通的面发射型电子发射元件（1）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（9）发射电子的电子发射层（3）；栅电极层，其隔着第1绝缘体层（5）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（7）成膜在栅电极层的表面，使发射出的电子聚焦；发射凹部（10），其贯通聚焦电极层、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；以及碳层，其成膜在从聚焦电极层的表面直至发射凹部的内周面，碳层在第2绝缘体层的层端面向的发射凹部的成膜部分具有环状的不连续部（11a）。

Description

电子发射元件以及具备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

发明所要解决的问题

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电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，为了使发射出的电子高效率地与光电转换层的空穴碰撞，需要使电子的轨道（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，考虑设置通过施加与栅电极层不同电位的电压而使电子进行电场聚焦的聚焦电极层。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，而导致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，而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，栅电极层与聚焦电极层也不会借助于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；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；发射凹部，其贯通聚焦电极层、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；以及碳层，其从聚焦电极层的表面一直成膜到发射凹部的内周面，碳层在第2绝缘体层的层端所面向的发射凹部的成膜部分处具有环状的不连续部。

根据上述结构，由于碳层的不连续部，使得聚焦电极层与栅电极层不会借助于碳层而导通，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。此外，优选电子发射层由非晶硅构成。

该情况下，优选发射凹部具有：上部发射凹部，其是对聚焦电极层以及第2绝缘体层进行刻蚀而形成的；以及下部发射凹部，其是对栅电极层以及第1绝缘体层以与上部发射凹部同轴且直径较小的方式进行刻蚀而形成的。

根据上述结构，构成上部发射凹部的聚焦电极层以及第2绝缘体层的层端不会对发射出的电子的轨道构成妨碍（不会使电子束衰减），能够高效率地发射电子。

该情况下，优选第2绝缘体层具有成膜在聚焦电极层侧的上绝缘体层，以及成膜在栅电极层侧且由相比于上绝缘体层刻蚀速率较高的材料构成的下绝缘体层，优选不连续部由超过上绝缘体层的层端进行刻蚀的下绝缘体层的层端所面向的不能成膜部构成。

根据上述结构，下绝缘体层的层端相比于上绝缘体层的层端后退，形成不能成膜部，由此，能够通过一次成膜在碳层自动形成不连续部。因此，能够容易地制造出聚焦电极层与栅电极层不会借助于碳层而导通的电子发射元件。此外，通过在第2绝缘体层中设置刻蚀速率不同的2种绝缘体层，能够在优先对下绝缘体层进行刻蚀时保护聚焦电极层。

另外，优选上绝缘体层和下绝缘体层分别由PTEOS和PSIN构成，通过使用CDE（Chemical Drv Etching：化学干式刻蚀）法的各向同性刻蚀，优先对下绝缘体层进行刻蚀。

此外，该情况下，优选第2绝缘体层由相比于聚焦电极层刻蚀速率较高的材料构成，优选不连续部由超过聚焦电极层的层端进行刻蚀的第2绝缘体层的层端所面向的不能部成膜构成。

根据上述结构，第2绝缘体层的层端相比于聚焦电极层的层端后退，形成不能成膜部，由此，能够通过一次成膜在碳层自动形成不连续部。此外，构成第2绝缘体层的绝缘体层为单一层即可，因此能够减少绝缘体层的成膜工序数。

另外，优选第2绝缘体层由PSIN构成，通过使用了CDE法的各向同性刻蚀，优先对第2绝缘体层进行刻蚀。

此外，该情况下，优选第2绝缘体层具有：成膜在聚焦电极层侧的上绝缘体层；成膜在栅电极层侧的下绝缘体层；以及中间绝缘体层，其成膜在上绝缘体层与下绝缘体层之间，由相比于上绝缘体层以及下绝缘体层刻蚀速率较高的材料构成，优选不连续部由超过上绝缘体层的层端以及下绝缘体层的层端进行刻蚀的中间绝缘体层的层端所面向的不能成膜部构成。

根据上述结构，中间绝缘体层的层端相比于上绝缘体层的层端后退，形成不能成膜部，由此，能够通过一次成膜在碳层自动形成不连续部。此外，在第2绝缘体层中设置刻蚀速率不同的2种绝缘体层，由此，在对中间绝缘体层进行较深的刻蚀时，能够通过上绝缘体层以及下绝缘体层来保护聚焦电极层以及栅电极。并且，第2绝缘体层由3层的绝缘体层构成，因此能够加厚绝缘体层，能够抑制在聚焦电极层和栅电极之间的漏电流（泄漏）。

另外，优选上绝缘体层以及下绝缘体层由PTEOS构成，中间绝缘体层由PSIN构成，通过使用了CDE法的各向同性刻蚀，优先对中间绝缘体层进行刻蚀。

本实施方式另一个电子发射元件的特征在于，其具备：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；绝缘性的多个支柱部，其以包围面发射部的方式部分地成膜在第1绝缘体层的表面；电极支撑层，其遍及成膜在多个支柱部之间；聚焦电极层，其与栅电极层之间存在绝缘空间，成膜在电极支撑层的背面，且使发射出的电子聚焦；发射凹部，其贯通电极支撑层、聚焦电极层、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；以及碳层，其从电极支撑层的表面一直成膜到发射凹部的内周面，碳层在绝缘空间的端部所面向的发射凹部的成膜部分具有环状的不连续部。

根据上述结构，通过绝缘空间形成成膜不能部，由此，能够通过一次成膜在碳层自动形成不连续部。因此，能够容易地制造出聚焦电极层与栅电极层不借助于碳层而导通的电子发射元件。此外，在聚焦电极层与栅电极层之间存在绝缘空间，因此能够防止经由绝缘体层的漏电流（泄漏）。

该情况下，优选通过刻蚀将成膜在栅电极层与聚焦电极层之间的牺牲层除去，从而形成绝缘空间。

根据上述结构，通过简单的工序就能够在聚焦电极层与栅电极层之间形成绝缘空间。

另外，采用湿式刻蚀（热磷酸刻蚀法）来除去牺牲层，优选牺牲层由相比于绝缘性的支柱部刻蚀速率较高的材料，例如PSIN构成。

此外，该情况下，优选发射凹部具有：上部发射凹部，其在牺牲层的刻蚀的同时，通过对聚焦电极层进行刻蚀而形成；以及下部发射凹部，其通过对栅电极层以及第1绝缘体层以与上部发射凹部同轴且直径较小的方式进行刻蚀而形成。

根据上述结构，构成上部发射凹部的聚焦电极层层端不会对发射出的电子的轨道构成妨碍（不会使电子束衰减），能够高效率地发射电子。

此外，该情况下，优选以使得聚焦电极层的电位低于栅电极层的电位的方式分别施加电压。

根据上述结构，能够以比栅电极层低的电压使聚焦电极发挥作用，因此能够实现从整体上以低电压使电子发射的电子发射元件。此外，优选在将栅电极层的电位设定为20V的情况下，栅电极层与聚焦电极层的电位差为0～13V。

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，能够提供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且检测精度高而且省电的摄像装置。

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剖面图。

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第1变形例的放大剖面图。

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2变形例的放大剖面图。

图6是示出第1实施方式的摄像装置的结构的示意剖面图。

图7是第2实施方式的电子发射元件的发射凹部周边的放大剖面图。

图8是示出第2实施方式的电子发射元件的发射凹部的形成工序的图。

图9是示出第2实施方式的电子发射元件的发射凹部的形成工序的图。

图10是示出第2实施方式的电子发射元件的发射凹部的形成工序的图。

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，此外，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成膜在该多个电极层之间的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上的栅电极层6、成膜在栅电极层6上的第2绝缘体层7、以及成膜在第2绝缘体层7上的聚焦电极层8。此外，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。而且，在聚焦电极层8的表面以及电子发射凹部10的内周面成膜有碳层11，该碳层11具有俯视图为环状的不连续部11a。另外，摄像元件（像素）113由电子发射元件1（电子发射凹部10）的阵列构成（图6参照），详细内容将在后面进行叙述。

当将阴极电极层2设为接地电位并向栅电极层6施加期望的电压时，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，当电位比栅电极层6低的电压被施加给聚焦电极层8（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6的表面以及电子发射凹部10的内周面的碳层11将栅电极层6和面发射部9电导通，激励电子的发射。此外，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。并且，本实施方式的碳层11在电子发射凹部10的内周面上具有环状的不连续部11a，从而防止聚焦电极层8通过碳层11与栅电极层6导通（将在后面详述）。

电子发射凹部10具有：被成膜在上部的聚焦电极层8以及第2绝缘体层7的层端围起来的上部发射凹部10a；以及被栅电极层6以及第1绝缘体层5的层端围起来的下部发射凹部10b，电子发射凹部10通过下文叙述的2次刻蚀而形成。聚焦电极层8以及第2绝缘体层7的层端相比于栅电极层6以及第1绝缘体层5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，抑制聚焦电极层8的层端在从面发射部9发射出的电子的轨道上突出（构成阻碍）。

第2绝缘体层7具有成膜在聚焦电极层8侧的上绝缘体层7a、以及成膜在栅电极层6侧的下绝缘体层7b。聚焦电极层8的层端比上绝缘体层7a的层端后退，下绝缘体层7b的层端比聚焦电极层8以及上绝缘体层7a的层端后退。如图所示，通过下绝缘体层7b的层端的后退，在栅电极层6与上绝缘体层7a之间形成了挑檐部12。

另外，挑檐部12的下侧成为权利要求中所说的“不能成膜部”。

在电子发射凹部10的内周面，碳层11成膜在由于挑檐部12而除去绝缘体层7b的层端以外的电子发射凹部10的内周面，成膜在电子发射凹部10的内周面上的碳层11的、面向下绝缘体层7b的层端的部分形成了不连续部11a。碳层11具有该不连续部11a，由此，聚焦电极层8与栅电极层6不会借助于碳层11而导通，能够向聚焦电极层8施加相比于栅电极层6低电位的电压，能够高效地使从面发射部9发射出的电子聚焦。另外，为了抑制不期望的漏电流（泄漏）以及不期望的碳层11导致的发热，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6由钨（W）构成，成膜为膜厚100nm

聚焦电极层8与栅电极层6一样由钨构成，比栅电极层6还薄，成膜为膜厚50nm另外，优选栅电极层6以及聚焦电极层8中的任意一个的膜厚均成膜在10～200nm的范围内。此外，栅电极层6以及聚焦电极层8也可以采用钨以外的Si、Al、Ti、TiN、Cu、Ag、Cr、Au、Pt、C等金属。

第2绝缘体层7的上绝缘体层7a由通过等离子体CVD法而成膜的四乙氧基硅烷（PTEOS）构成，成膜为膜厚50nm

另一方面，下绝缘体层7b由通过等离子体CVD法而成膜的硅氮化物（PSIN）构成，成膜为膜厚100nm即，使栅电极层6与聚焦电极层8之间绝缘的膜厚（第2绝缘体层7的膜厚）为150nm

优选第1绝缘体层5由与第2绝缘体层7的上绝缘体层7a相同的材料（PTEOS）成膜，成膜为膜厚350nm为了使栅电极层6与电子发射层3之间充分地绝缘，第1绝缘体层5以比第2绝缘体层7厚得多的方式成膜。另外，优选第1绝缘体层5以及第2绝缘体层7中的任意一个膜厚均成膜在50～1000nm的范围内。

此外，认为在电子发射时，面发射部9因产生的强电场而被加热从而被氧化，而由作为氧化物的PTEOS构成的第1绝缘体层5促进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。

对上部发射凹部10a的内周面进行使用了CDE（Chemical Dry Etching：化学干式刻蚀）法的各向同性刻蚀，优先对下绝缘体层7b进行刻蚀，由此形成挑檐部12（将在后面详述）。具体而言，下绝缘体层7b相比于上绝缘体层7a被多刻蚀100nm

挑檐部12的纵深为100nm

关于构成上部发射凹部10a的各层的CDE法的刻蚀速率，构成聚焦电极层8的钨为大致40nm/分构成上绝缘体层7a的PTEOS为大致11nm/分

构成下绝缘体层7b的PSIN为大致85nm/分

即，形成挑檐部12的下绝缘体层7b由最容易被刻蚀的材料形成。

而且，设定为向聚焦电极层8施加的电压比向栅电极层6（碳层11）施加的电压低，优选在将栅电极层的电位设定为20V的情况下，两者的电位差为0～13V。由此，构成为以聚焦电极层8相比栅电极层6成为足够低的电位的方式施加电压，在整体上将针对电子发射元件1的施加电压抑制得较低。

以下，参照图2和图3，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，通过溅射法以及等离子体CVD法，依次对构成电子发射层3的非晶硅、构成第1绝缘体层5的PTEOS、构成栅电极层6的钨、构成第2绝缘体层7的下绝缘体层7b的PSIN、构成第2绝缘体层7的上绝缘体层7a的PTEOS以及构成聚焦电极层8的钨进行成膜（参照图2（a））。此时，将各层成膜为上面所述的膜厚（第1绝缘体层5的膜厚=350nm，栅电极层6的膜厚=100nm，下绝缘体层7b的膜厚=100nm，上绝缘体层7a的膜厚=50nm，聚焦电极层8的膜厚=50nm）。

接着，在成膜于最上部的聚焦电极层8上，通过旋转涂布法来涂布光刻胶层20，经过曝光/显影工序，在电子发射凹部10的形成位置处形成光刻胶图案21（参照图2（b）），该光刻胶图案21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。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，沿着形成的光刻胶图案21，通过RIE（Reactive Ion Etching；反应性离子刻蚀）法，只对聚焦电极层8、上绝缘体层7a以及下绝缘体层7b（第2绝缘体层7）进行刻蚀（各向异性刻蚀）。由此，在栅电极层6上，只去除聚焦电极层8、上绝缘体层7a以及下绝缘体层7b的一部分（圆形部分），形成作为上部发射凹部10a的开口22（参照图2（c））。

进而，通过CDE法对在栅电极层6上形成的开口22进行刻蚀（各向同性刻蚀）。其结果为，各层中由在CDE法的情况下刻蚀速率较高的材料构成的层优先地被刻蚀，在开口22的内周面形成凹凸。如图2（d）所示，聚焦电极层8的层端相比于上绝缘体层7a的层端后退，下绝缘体层7b的层端相比于聚焦电极层8以及上绝缘体层7a的层端后退，由于在3层中最后退的下绝缘体层7b的层端，从而在栅电极层6与上绝缘体层7a之间形成空间，构成挑檐部12。此时，控制刻蚀动作，以使得挑檐部12的大小（上绝缘体层7a的层端与下绝缘体层7b的层端的差）为100nm

然后，只除去光刻胶层20。

图3示出下部发射凹部10b的制造工序。图3（a）示出除去光刻胶层20而形成了上部发射凹部10a的状态。首先，在聚焦电极层8的表面以及露出的栅电极层6上，通过旋转涂布法来涂布光刻胶层30，经过曝光/显影工序，形成光刻胶图案31，该光刻胶图案31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。此时，以与上部发射凹部10a在同轴上（同心上）且直径减小的方式形成光刻胶图案31（参照图3（b））。然后，通过RIE法，隔着形成的光刻胶图案31对栅电极层6以及第1绝缘体层5进行刻蚀（各向异性刻蚀）。由此，在电子发射层3上形成除去了栅电极层6以及第1绝缘体层5的开口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））。然后，只除去光刻胶层30（参照图3（d））。然后，在最后，在聚焦电极层8的表面直至电子发射凹部10的内周面，通过溅射法等来成膜碳层11（参照图1）。此时，下绝缘体层7b优先地被刻蚀，在相对突出的挑檐部12的下侧，没有成膜碳层11，碳层11中自动地形成环状的不连续部11a（不能成膜部）。由此，形成成膜了碳层11的电子发射凹部10。

由此，下绝缘体层7b的层端相比于上绝缘体层7a的层端后退而形成了挑檐部，由此能够通过一次成膜而在碳层中容易地形成不连续部。此外，在优先对下绝缘体层7b进行刻蚀时，上绝缘体层7a能够保护聚焦电极层8。

以下，参照图4和图5，对本实施方式的变形例进行说明。图4示出本实施方式的第1变形例的电子发射元件1。如图所示，本变形例的第2绝缘体层7具有：成膜在聚焦电极层8侧的上绝缘体层7a；成膜在栅电极层6侧的下绝缘体层7b；以及成膜在上绝缘体层7a以及下绝缘体层7b之间的中间绝缘体层7c。上绝缘体层7a以及下绝缘体层7b由PTEOS构成，中间绝缘体层7c由PSIN构成。因此，通过基于上部发射凹部10a形成时的CDE法的各向同性刻蚀，由刻蚀速率较高的材料构成的中间绝缘体层7c优先被刻蚀，在上部发射凹部10a的内周面形成凹凸。

如图所示，聚焦电极层8的层端相比于上绝缘体层7a以及下绝缘体层7b的层端后退，中间绝缘体层7c的层端相比于聚焦电极层8、上绝缘体层7a以及下绝缘体层7b的层端后退，借助于后退的中间绝缘体层7c的层端，在上绝缘体层7a与下绝缘体层7b之间形成挑檐部12。通过该挑檐部12，形成碳层11的不连续部11a。另外，各层的膜厚分别为50nm

在整体上第2绝缘体层7的膜厚为150nm

由此，本变形例的第2绝缘体层7在上绝缘体层7a和下绝缘体层7b的中间成膜中间绝缘体层7c，由此，在优先地对中间绝缘体层7c进行刻蚀时，能够保护聚焦电极层8以及栅电极层6。

图5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，本变形例的第2绝缘体层7不具有刻蚀速率不同的多个层，而是由PSIN构成的单一的层。因此，通过形成上部发射凹部10a时的基于CDE法的各向同性刻蚀，相比于聚焦电极层8以及栅电极层6，第2绝缘体层7优先被刻蚀。借助于后退的第2绝缘体层7的层端，在聚焦电极层8与栅电极层6之间形成挑檐部12，通过该挑檐部12，形成碳层11的不连续部11a。另外，第2绝缘体层7的膜厚为150nm

由此，因为本变形例的第2绝缘体层7由单一的层构成，所以能够减少绝缘体层的成膜工序数。

接着，参照图6，对搭载了上述电子发射元件1的摄像装置100进行说明。图6是示意性地表示摄像装置100的剖面图，如该图所示，摄像装置100具备：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具备：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元件113。各摄像元件113作为一个像素发挥作用，由将多个电子发射元件1配置为矩阵状而得到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（摄像元件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与受光基板部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）的表面形成彩色滤光片。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7至图10，对本发明第2实施方式进行说明。在本实施方式中，构成为，相比于上述的第1实施方式，将在聚焦电极层8与栅电极层6之间设置的绝缘体层抑制在最小限度。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7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6；与栅电极层6离开（隔着间隔部50）而形成的聚焦电极层8；从第1绝缘体层5贯通栅电极层6以及聚焦电极层8的绝缘性的多个支柱部51；以及绝缘性的电极支撑层52，其成膜在聚焦电极层8以及多个支柱部51上，且在背面支撑聚焦电极层8。该情况下，多个支柱部51形成将形成了多个的电子发射凹部10围起来的假想的正方形（相当于像素）的4个角部（参照图8）。

而且，在电极层部4上，在避开支柱部51的位置处形成电子发射凹部10，该电子发射凹部10贯通各层，面发射部9在其底部露出。并且，碳层11成膜在电极支撑层52的表面以及电子发射凹部10的内周面上。碳层11在聚焦电极层8与栅电极层6之间的间隔部50中，具有环状的不连续部11a。通过该不连续部11a，防止聚焦电极层8借助于碳层11与栅电极层6导通。

另外，间隔部50相当于权利要求中所说的“绝缘空间”，进而相当于权利要求中所说的“不能成膜部”。

电子发射凹部10具有：被电极支撑层52、聚焦电极层8的层端以及间隔部50围起来的上部发射凹部10a；以及被栅电极层6以及第1绝缘体层5的层端围起来的下部发射凹部10b。电极支撑层52以及聚焦电极层8的层端相比于栅电极层6以及第1绝缘体层5的层端后退，由此形成上部发射凹部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，抑制聚焦电极层8的层端在从面发射部9发射出的电子的轨道上突出。

在电子发射凹部10的内周面，碳层11成膜在除间隔部50以外的电子发射凹部10的内周面上，形成面向间隔部50的环状的不连续部11a。碳层11具有该不连续部11a，由此，聚焦电极层8与栅电极层6不会借助于碳层11而导通，能够向聚焦电极层8施加相比于栅电极层6低电位的电压，能够高效地使从面发射部9发射出的电子聚焦。此外，间隔部50作为聚焦电极层8与栅电极层6之间的绝缘空间而发挥作用，能够有效地防止漏电流（泄漏）。另外，为了抑制不期望的漏电流（泄漏）以及不期望的碳层11导致的发热，面发射部9没有成膜碳层11。

构成成膜在电极层部4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具有的支柱部51以及电极支撑层52由PTEOS构成。此外，在间隔部50形成时除去的牺牲层53（参照图10）由相比于构成栅电极层6以及聚焦电极层8的钨以及构成支柱部51和电极支撑层52的PTEOS，在热磷酸刻蚀中的刻蚀速率较高的PSIN构成。此外，各层的膜厚也与第1实施方式相同，但优选以间隔部50的厚度为150nm

的方式构成支柱部51。这是为了充分确保聚焦电极层8与栅电极层6之间的支柱部51的绝缘性。

以下，参照图8和图9对第2实施方式的电子发射元件1的制造方法进行说明。各图示出电子发射元件1的俯视图（右图），以及俯视图中的Ａ-Ａ剖面图（左图）。另外，俯视图（右图）中用虚线围起来的方形部分相当于1个电子发射元件1。

图8示出将聚焦电极层8与栅电极层6隔开空间进行支撑的支柱部51以及电极支撑层52的形成工序。首先，在形成在图外的基板上的阴极电极层2上，通过溅射法以及等离子体CVD法，依次对构成电子发射层3的非晶硅、构成第1绝缘体层5的PTEOS、构成栅电极层6的钨、构成形成间隔部50的牺牲层53的PSIN以及构成聚焦电极层8的钨进行成膜（参照图8（a））。此时，将各层成膜为上面所述的膜厚（第1绝缘体层5的膜厚=350nm，栅电极层6的膜厚=100nm，牺牲层53的膜厚=150nm，聚焦电极层8的膜厚=50nm）。

接着，在聚焦电极层8上，通过旋转涂布法来涂布光刻胶层60，经过曝光/显影工序，在支柱部51的形成位置处形成光刻胶图案61，该光刻胶图案61具有与支柱部51的剖面相同尺寸的光刻胶除去部。如图8（b）所示，在电子发射元件1的四角上，形成4个以各顶点为中心的十字状的光刻胶图案61。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，隔着所形成的光刻胶图案61，通过RIE法对聚焦电极层8、牺牲层53以及栅电极层6进行刻蚀（各向异性刻蚀）。然后，只除去光刻胶层60。接着，通过等离子体CVD法，在所形成的支柱部形成开口62以及聚焦电极层8的表面上成膜构成支柱部51以及电极支撑层52的PTEOS（参照图8（c））。

图9示出电子发射凹部10的制造工序。在所成膜的电极支撑层52上通过旋转涂布法涂布光刻胶层20，经过曝光/显影工序，在电子发射凹部10形成位置处形成光刻胶图案21，该光刻胶图案21具有与上部发射凹部10a的开口相同尺寸的光刻胶除去部，通过RIE法对电极支撑层52、聚焦电极层8以及牺牲层53进行刻蚀（各向异性刻蚀）（参照图9（a））。然后，只除去光刻胶层20。接着，在牺牲层53以及露出的栅电极层6上，通过旋转涂布法涂布光刻胶层30，经过曝光/显影工序，形成具有与下部发射凹部10b的开口相同尺寸的光刻胶除去部的光刻胶图案31，通过RIE法对栅电极层6以及第1绝缘体层5进行刻蚀（各向异性刻蚀）（参照图9（b））。此时，以与上部发射凹部10a在同轴上（同心上）且直径减小的方式形成光刻胶图案31。由此，在电子发射层3上，栅电极层6以及第1绝缘体层5被开口，在底部露出电子发射层3（面发射部9）。然后，只除去光刻胶层30。

图10示出间隔部50的形成工序。图10（a）示出除去光刻胶层30而形成了电子发射凹部10的状态。使用作为湿式刻蚀的热磷酸刻蚀法，选择性地对成膜在聚焦电极层8与栅电极层6之间的牺牲层53进行刻蚀，形成间隔部50（参照图10（b））。由此，在电子发射元件1的支柱部51以外的部分中，聚焦电极层8与栅电极层6隔着绝缘空间而离开。

然后，在最后，在电极支撑层52的表面直至电子发射凹部10的内周面，通过溅射法等成膜碳层11（参照图7）。此时，在牺牲层53被选择性地刻蚀而得到的间隔部50，没有成膜碳层11，在碳层11形成环状的不连续部11a。

由此，通过聚焦电极层8与栅电极层6之间的绝缘空间（间隔部50），能够通过一次成膜而在碳层自动地形成不连续部，并且，能够防止经由绝缘体层的漏电流（泄漏）。此外，在选择性地刻蚀间隔部50时，关于牺牲层53，间隔部50由相比于支柱部51在热磷酸刻蚀法的情况下的刻蚀速率较高的材料构成，因此，支柱部51作为针对过度刻蚀的剩余部分仍旧发挥作用。

根据上述结构，电子发射元件1在电子发射凹部10的内周面中，在聚焦电极层8与栅电极层6之间具有碳层11的不能成膜部（挑檐部12或者间隔部50），因此，在碳层11形成环状的不连续部11a，聚焦电极层8与栅电极层6不会借助于碳层11而导通。由此，能够向聚焦电极层8施加与栅电极层6不同电位的电压，能够高效地使电子的轨道聚焦。而且，具备电子发射元件1的摄像装置100能够高效地使发射出的电子在光电转换层123的正面聚焦，摄像装置100是节电型且检测精度较高的装置。

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：栅电极层          7：第2绝缘体层

7a：上绝缘体层       7b：下绝缘体层

7c：中间绝缘体层     8：聚焦电极层

9：面发射部          10：电子发射凹部

10a：上部发射凹部    10b：下部发射凹部

11：碳层             11a：不连续部

12：挑檐部           50：间隔部

51：支柱部           52：电极支撑层

100：摄像装置        110：电子发射基板部

120：受光基板部      122：阳极电极层

123：光电转换层      130：网状电极

Claims (10)

1.一种电子发射元件，其中，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；

发射凹部，其贯通所述聚焦电极层、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；以及

碳层，其从所述聚焦电极层的表面一直成膜到所述发射凹部的内周面，

所述碳层在所述第2绝缘体层的层端所面向的所述发射凹部的成膜部分处具有环状的不连续部。

2.根据权利要求1所述的电子发射元件，其中，所述发射凹部具有：

上部发射凹部，其是对所述聚焦电极层以及所述第2绝缘体层进行刻蚀而形成的；以及

下部发射凹部，其是对所述栅电极层以及所述第1绝缘体层以与所述上部发射凹部同轴且直径小的方式进行刻蚀而形成的。

3.根据权利要求2所述的电子发射元件，其中，

所述第2绝缘体层具有成膜在所述聚焦电极层侧的上绝缘体层、以及成膜在所述栅电极层侧且由相比于所述上绝缘体层刻蚀速率高的材料构成的下绝缘体层，

所述不连续部由超过所述上绝缘体层的层端进行刻蚀的所述下绝缘体层的层端所面向的不能成膜部构成。

4.根据权利要求2所述的电子发射元件，其中，

相比于所述聚焦电极层，所述第2绝缘体层由刻蚀速率高的材料构成，

所述不连续部由超过所述聚焦电极层的层端进行刻蚀的所述第2绝缘体层的层端所面向的不能成膜部构成。

5.根据权利要求2所述的电子发射元件，其中，

所述第2绝缘体层具有：成膜在所述聚焦电极层侧的上绝缘体层；成膜在所述栅电极层侧的下绝缘体层；以及中间绝缘体层，该中间绝缘体层成膜在所述上绝缘体层与所述下绝缘体层之间，由相比于所述上绝缘体层以及所述下绝缘体层刻蚀速率高的材料构成，

所述不连续部由超过所述上绝缘体层的层端以及所述下绝缘体层的层端进行刻蚀的所述中间绝缘体层的层端所面向的不能成膜部构成。

6.一种电子发射元件，其中，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；

绝缘性的多个支柱部，其以包围所述面发射部的方式部分地成膜在所述第1绝缘体层的表面；

电极支撑层，其遍及成膜在所述多个支柱部之间；

聚焦电极层，其与所述栅电极层之间存在绝缘空间，成膜在所述电极支撑层的背面，且使发射出的电子聚焦；

发射凹部，其贯通所述电极支撑层、所述聚焦电极层、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；以及

碳层，其从所述电极支撑层的表面一直成膜到所述发射凹部的内周面，

所述碳层在所述绝缘空间的端部所面向的所述发射凹部的成膜部分处具有环状的不连续部。

7.根据权利要求6所述的电子发射元件，其中，

通过刻蚀将成膜在所述栅电极层与所述聚焦电极层之间的牺牲层除去，由此形成所述绝缘空间。

8.根据权利要求7所述的电子发射元件，其中，所述发射凹部具有：

上部发射凹部，其是在所述牺牲层的刻蚀的同时对所述聚焦电极层进行刻蚀而形成的；以及

下部发射凹部，其是对所述栅电极层以及所述第1绝缘体层以与所述上部发射凹部同轴且直径小的方式进行刻蚀而形成的。

9.根据权利要求2所述的电子发射元件，其中，

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。

10.一种摄像装置，其中，该摄像装置具备：

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

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