DE3855482T2 - Electron emitting element and its manufacturing process - Google Patents

Electron emitting element and its manufacturing process

Info

Publication number
DE3855482T2
DE3855482T2 DE19883855482 DE3855482T DE3855482T2 DE 3855482 T2 DE3855482 T2 DE 3855482T2 DE 19883855482 DE19883855482 DE 19883855482 DE 3855482 T DE3855482 T DE 3855482T DE 3855482 T2 DE3855482 T2 DE 3855482T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electron emission
electrode
single crystal
electrodes
insulating layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19883855482
Other languages
German (de)
Other versions
DE3855482D1 (en
Inventor
Takeshi Ichikawa
Tetsuya Kaneko
Masahiko Okunuki
Isamu Shimoda
Akira Suzuki
Toshihiko Takeda
Takeo Tsukamoto
Takao Yonehara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2487387A external-priority patent/JP2612565B2/en
Priority claimed from JP2487287A external-priority patent/JP2612564B2/en
Priority claimed from JP3807687A external-priority patent/JP2612567B2/en
Priority claimed from JP3807587A external-priority patent/JP2609602B2/en
Priority claimed from JP4781687A external-priority patent/JP2609604B2/en
Priority claimed from JP5034487A external-priority patent/JP2561263B2/en
Priority claimed from JP5211387A external-priority patent/JP2612569B2/en
Priority claimed from JP6789287A external-priority patent/JP2713569B2/en
Priority claimed from JP7046787A external-priority patent/JP2616918B2/en
Priority claimed from JP7360187A external-priority patent/JP2612571B2/en
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Publication of DE3855482D1 publication Critical patent/DE3855482D1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE3855482T2 publication Critical patent/DE3855482T2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J3/00Details of electron-optical or ion-optical arrangements or of ion traps common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J3/02Electron guns
    • H01J3/021Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source
    • H01J3/022Electron guns using a field emission, photo emission, or secondary emission electron source with microengineered cathode, e.g. Spindt-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/30Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304Field-emissive cathodes
    • H01J1/3042Field-emissive cathodes microengineered, e.g. Spindt-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J31/00Cathode ray tubes; Electron beam tubes
    • H01J31/08Cathode ray tubes; Electron beam tubes having a screen on or from which an image or pattern is formed, picked up, converted, or stored
    • H01J31/10Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes
    • H01J31/12Image or pattern display tubes, i.e. having electrical input and optical output; Flying-spot tubes for scanning purposes with luminescent screen
    • H01J31/123Flat display tubes
    • H01J31/125Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection
    • H01J31/127Flat display tubes provided with control means permitting the electron beam to reach selected parts of the screen, e.g. digital selection using large area or array sources, i.e. essentially a source for each pixel group
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30Cold cathodes
    • H01J2201/304Field emission cathodes
    • H01J2201/30446Field emission cathodes characterised by the emitter material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektronenemissionselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung und insbesondere auf ein Elektronenemissionselement, welches eine Vielzahl von Elektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich, eine Isolierschicht mit auf die konischen Teilbereiche zentrierten Öffnungen und eine Ableitelektrode aufweist, von der zumindest ein Teil nahe an den konischen Teilbereichen ausgebildet ist, sowie auf ein Verfahren zum Herstellen des Elektronenemissionselementes.The invention relates to an electron emission element and a method for producing the same, and in particular to an electron emission element which has a plurality of electrodes each having a conical portion, an insulating layer with openings centered on the conical portions and a collector electrode, at least a portion of which is formed close to the conical portions, and to a method for producing the electron emission element.

Verwandter Stand der TechnikRelated prior art

Als herkömmliche Elektronenemissionsquellen wurden häufig Heißkathoden- Elektronenemissionselemente benutzt. Die Elektronenemission mit heißen Elektroden ergibt einen großen Energieverlust durch das Heizen und es ist auf unerwünschte Weise ein Vorheizen erforderlich.As conventional electron emission sources, hot cathode electron emission elements have often been used. Electron emission with hot electrodes results in a large energy loss due to heating and undesirably requires preheating.

Zum Lösen dieser Probleme wurden verschiedenerlei Kaltkathoden Elektronenemissionselemente vorgeschlagen. Von diesen Elementen ist ein Feldeffekt- Elektronenemissionselement für das Abstrahlen von Elektronen durch elektrische Feldemission benutzbar.To solve these problems, various cold cathode electron emission elements have been proposed. Among these elements, a field effect electron emission element is usable for emitting electrons by electric field emission.

Ein typisches Beispiel für das Feldeffekt- Elektronenemissionselement ist in einer Schnitteilansicht in Fig. 1 gezeigt und Schritte zum Herstellen dieses Elektronenemissionselementes sind in Fig. 2A bis 2D dargestellt.A typical example of the field effect electron emission element is shown in a partial sectional view in Fig. 1, and steps for manufacturing this electron emission element are shown in Figs. 2A to 2D.

Gemäß der Darstellung in Fig. 1 ist jeweils eine konische Elektrode 19 aus Molybdän (Mo) oder dergleichen an einem Substrat 21 beispielsweise aus Silizium ausgebildet. Eine Isolierschicht 20 wie eine SiO&sub2;-Schicht hat eine Öffnung. Diese Öffnung ist auf die Elektrode 19 zentriert. Auf der Isolierschicht 20 ist eine Ableitelektrode 18 ausgebildet, von der ein Teil nahe an dem konischen Teilabschnitt ausgebildet ist.As shown in Fig. 1, a tapered electrode 19 made of molybdenum (Mo) or the like is formed on a substrate 21 made of silicon, for example. An insulating layer 20 such as a SiO₂ layer has an opening. This opening is centered on the electrode 19. A lead electrode 18 is formed on the insulating layer 20, a part of which is formed close to the tapered portion.

Bei dem Elektronenemissionselement mit diesem Aufbau wird zwischen das Substrat 21 und die Elektrode 18 eine Spannung angelegt, wodurch von dem konischen Teilbereich mit hoher Feldstärke weg Elektronen abgestrahlt werden.In the electron emission element with this structure, a voltage is applied between the substrate 21 and the electrode 18, whereby electrons are emitted away from the conical portion with high field strength.

Dieses Elektronenemissionselement wird in folgenden Schritten hergestellt:This electron emission element is manufactured in the following steps:

Gemäß der Darstellung in Fig. 2A wird auf dem Substrat 21 aus beispielsweise Si als Oxidfilm (z.B. als SiO&sub2;-Film) die Isolierschicht 20 ausgebildet.As shown in Fig. 2A, the insulating layer 20 is formed on the substrate 21 made of, for example, Si as an oxide film (e.g., as a SiO2 film).

Durch Elektronenstrahlepitaxie wird die Mo-Schicht 18 aufgebracht und auf die Mo-Schicht 18 wird durch Schleudern ein Elektronenstrahl-Resist wie PMMA (Polymethyl-Methacrylat) aufgeschichtet. Der Resistfilm wird mit einem Elektronenstrahl bestrahlt und zu einem Muster geformt. Mit Isopropylalkohol oder dergleichen wird das Resist teilweise entfernt, wodurch die Mo-Schicht 18 selektiv geätzt und daher eine erste Öffnung 22 gebildet wird. Nachdem das Elektronenstrahl-Resist vollständig beseitigt ist, wird Fluorwasserstoffsäure zum Ätzen der Isolierschicht 20 verwendet, wobei dadurch eine zweite Öffnung 23 gebildet wird.The Mo layer 18 is deposited by electron beam epitaxy, and an electron beam resist such as PMMA (polymethyl methacrylate) is coated on the Mo layer 18 by spin coating. The resist film is irradiated with an electron beam and formed into a pattern. The resist is partially removed with isopropyl alcohol or the like, whereby the Mo layer 18 is selectively etched and therefore a first opening 22 is formed. After the electron beam resist is completely removed, hydrofluoric acid is used to etch the insulating layer 20, thereby forming a second opening 23.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2B wird das Substrat 21 unter einem Winkel Θ schräg gestellt, während es um eine Achse X gedreht wird, und es wird auf der oberen Fläche der Mo-Schicht 18 eine Al- Schicht 24 ausgebildet. In diesem Fall wird das Aluminium auch auf die Seitenfläche der Mo-Schicht 18 aufgebracht. Durch Steuern der Ablagerungsgeschwindigkeit des Aluminiums kann der Durchmesser der ersten Öffnung 22 beliebig verringert werden.As shown in Fig. 2B, the substrate 21 is inclined at an angle θ while being rotated about an axis X, and an Al layer 24 is formed on the upper surface of the Mo layer 18. In this case, the aluminum is also deposited on the side surface of the Mo layer 18. By controlling the deposition rate of the aluminum, the diameter of the first opening 22 can be arbitrarily reduced.

Gemäß der Darstellung in Fig. 2C wird senkrecht auf das Substrat 21 durch Elektronenstrahlepitaxie Mo abgelagert. In diesem Fall wird das Molybdän auf die Al-Schicht 24 und das Substrat 21 sowie auch auf die Seitenfläche der Al-Schicht 24 aufgebracht. Mit fortschreitender Ablagerung der Mo-Schicht kann der Durchmesser der ersten Öffnung 22 allmählich verringert werden. Wenn der Durchmesser der ersten Öffnung 22 verringert wird, wird die Ablagerungsfläche des auf das Substrat 21 aufgebrachten Metalls (MO) verkleinert. Daher wird an dem Substrat 21 eine im wesentlichen konische Elektrode 19 ausgebildet.As shown in Fig. 2C, Mo is deposited perpendicularly on the substrate 21 by electron beam epitaxy. In this case, the molybdenum is deposited on the Al layer 24 and the substrate 21 as well as on the side surface of the Al layer 24. As the deposition of the Mo layer progresses, the diameter of the first opening 22 can be gradually reduced. When the diameter of the first opening 22 is reduced, the deposition area of the metal (MO) deposited on the substrate 21 is reduced. Therefore, a substantially conical electrode 19 is formed on the substrate 21.

Schließlich wird gemäß der Darstellung in Fig. 2D durch Entfernen der abgelagerten Mo-Schicht 25 und der abgelagerten Al-Schicht 24 ein Elektronenernissionselement mit der im wesentlichen konischen Elektrode 19 hergestellt.Finally, as shown in Fig. 2D, an electron emission element with the substantially conical electrode 19 is produced by removing the deposited Mo layer 25 and the deposited Al layer 24.

In dem herkömmlichen Elektronenemissionselement gemäß der vorangehenden Beschreibung werden die Höhe, der Winkel und der Durchmesser der Bodenfläche der Elektrode durch verschiedenerlei Herstellungsbedingungen wie die Größe der ersten Öffnung, die Dicke des Oxidfilmes und den Abstand zwischen dem Substrat und der Ablagerungsquelle bestimmt.In the conventional electron emission element as described above, the height, angle and diameter of the bottom surface of the electrode are determined by various manufacturing conditions such as the size of the first opening, the thickness of the oxide film and the distance between the substrate and the deposition source.

In der EP-A-0172089 ist ein Mehrfach- Elektronenemissionselement beschrieben, welches eine Vielzahl von Elektroden, die auf einer Ablagerungsfläche ausgebildet sind und jeweils einen konischen Teilbereich haben, eine Isolierschicht, die auf der Ablagerungsfläche gebildet ist und die jeweils auf die konischen Teilbereiche zentrierte Öffnungen hat, und eine Ableitelektrode aufweist, von der zumindest ein Teil nahe an den konischen Teilbereichen. ausgebildet ist, wobei die Ableitelektrode auf der Isolierschicht gebildet ist.EP-A-0172089 describes a multiple electron emission element comprising a plurality of electrodes formed on a deposition surface and each having a conical portion, an insulating layer formed on the deposition surface and each having openings centered on the conical portions, and a lead electrode, at least a portion of which is formed close to the conical portions, the lead electrode being formed on the insulating layer.

Das Herstellungsverfahren für derartige Elektroden, welches dem vorangehend beschriebenen Verfahren gleichartig ist, ist beispielsweise in dem Artikel "Physical properties of thin film field emission cathodes with molybdenum cones" von Spindt u.a. beschrieben.The manufacturing process for such electrodes, which is similar to the process described above, is described, for example, in the article "Physical properties of thin film field emission cathodes with molybdenum cones" by Spindt et al.

Wenn jedoch derartige Elektroden aus einem abgelagerten Metall benutzt werden, sind zum Erzielen einer stabilen Elektronenemission die Abmessungen des Elektronenemissionselementes kritisch.However, when such deposited metal electrodes are used, the dimensions of the electron emission element are critical to achieve stable electron emission.

Daher ist die Produktion einer Vielzahl von Elektronenemissionselementen schwierig, da sich typischerweise die konische Form der Elektroden ändert.Therefore, the production of a large number of electron emission elements is difficult because typically changes the conical shape of the electrodes.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Elektronenemissionselement und ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen, welches einen guten Elektronenemissions-wirkungsgrad und eine hohe Reproduzierbarkeit bezüglich der Elektronenemissionseigenschaften hat.It is therefore an object of the invention to provide an improved electron emission element and a method for producing the same, which has a good electron emission efficiency and a high reproducibility with regard to the electron emission properties.

Diese Aufgabe wird jeweils mit einem Elektronenemissionselement gemäß Patentanspruch 1, 8 bzw. 16 gelöst.This object is achieved with an electron emission element according to patent claim 1, 8 or 16.

Ferner wird diese Aufgabe mit einer Elektronenemissionsvorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst.Furthermore, this object is achieved with an electron emission device according to claim 11.

Außerdem wird diese Aufgabe jeweils mit einem Verfahren zum Herstellen eines Elektronenemissionselementes gemäß Patentanspruch 25 und 29 gelöst.In addition, this object is achieved with a method for producing an electron emission element according to patent claims 25 and 29.

Demnach kann infolge der Einkristallstruktur des konischen Emissionsbereiches der Elektronenemissionsbereich mit einer Kristal lfläche mit vorbestimmter Struktur in übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Schottky-Effekt und daher der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert wird.Therefore, due to the single crystal structure of the conical emission region, the electron emission region can be made to coincide with a crystal surface with a predetermined structure, thereby improving the Schottky effect and hence the electron emission efficiency.

Ferner kann der Elektronenemissionsbereich gleichförmig und spitz geformt werden, um die Reproduzierbarkeit der Elektrode zu erhöhen.Furthermore, the electron emission region can be shaped uniformly and pointedly to increase the reproducibility of the electrode.

Da die Elektroden mit den jeweiligen konischen Teilbereichen auf der Fläche der Ablagerung des Isoliermaterials ausgebildet werden, kann die elektrische Isolierung der Elektroden verbessert werden, wodurch eine Kopplung zwischen benachbarten Elektroden verhindert wird.Since the electrodes with the respective conical sections on the surface of the deposit of the insulating material, the electrical insulation of the electrodes can be improved, thereby preventing coupling between adjacent electrodes.

Bei dem Verfahren zum Herstellen des vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselementes wird das Material, welches nicht durch Kristallinität oder dergleichen ein Einkristall an der Bodenfläche (Ablagerungsfläche) der Ausnehmung bilden kann, unter Nutzung des heterqgenen Mikromuster-Materials als dessen Zentrum abgelagert, wodurch die Ablagerung des Einkristalls ermöglicht ist. Der Bereich zum Wählen der Materialien an dem Boden der Ausnehmung und für den Einkristall kann erweitert werden. Es kann die Elektrode mit einem konischen Teilbereich an der gewünschten Stelle gebildet werden. Die Elektronenemissionsbereiche wie die konischen Teilbereiche können gleichförmig und spitz geformt werden, wodurch die Intensität des elektrischen Feldes verstärkt und gleichförmig gemacht wird. Schwankungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.In the method of manufacturing the electron emission element described above, the material which cannot form a single crystal by crystallinity or the like is deposited on the bottom surface (deposition surface) of the recess using the heterogeneous micropattern material as the center thereof, thereby enabling the deposition of the single crystal. The range for selecting the materials on the bottom of the recess and for the single crystal can be expanded. The electrode having a tapered portion can be formed at the desired location. The electron emission portions such as the tapered portions can be shaped uniformly and pointedly, thereby enhancing and making the intensity of the electric field uniform. Variations in the triggering operating voltage can be minimized and the electron emission efficiency can be further improved.

Da bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselement die Elektrode mit dem konischen Teilbereich elektrisch durch die in der Isolierschicht ausgebildete Öffnung hindurch mit der leitenden Materialoberfläche verbunden ist, ist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich elektrisch von dem Substrat isoliert, so daß die Packungsdichte erhöht und die Anschlußzuverlässigkeit verbessert werden kann.In the electron emission element described above, since the electrode having the tapered portion is electrically connected to the conductive material surface through the opening formed in the insulating layer, the electrode having the tapered portion is electrically insulated from the substrate, so that the packing density can be increased and the connection reliability can be improved.

Gemäß dem Verfahren zum Herstellen dieses Elektronenemissionselementes wird durch die in der Isolierschicht ausgebildete Öffnung hindurch die Elektrode mit dem kristallinen konischen Teilbereich auf die Weise an die Fläche des leitenden Materials angeschlossen, daß durch die in der Isolierschicht ausgebildete Öffnung hindurch ein Kristall an dem freiliegenden Bereich der Fläche des leitenden Materials abgelagert und an die Elektrode mit dem kristallinen konischen Teilbereich angeschlossen wird, der mit einem einzelnen Kern als dessen Zentrum in dem heterogenen Mikromuster-Material gewachsen ist. Daher kann eine elektrische Verbindung durch einen einfachen Prozeß hergestellt werden.According to the method of manufacturing this electron emission element, the electrode having the crystalline tapered portion is connected to the surface of the conductive material through the opening formed in the insulating layer in such a manner that a crystal is deposited on the exposed portion of the surface of the conductive material through the opening formed in the insulating layer and connected to the electrode having the crystalline tapered portion grown with a single nucleus as its center in the heterogeneous micropattern material. Therefore, electrical connection can be made by a simple process.

Von den herkömmlichen Kaltkathoden- Elektronenemissionselementen ist ein Oberflächenleitung-Elektronenemissionselement benutzbar, in welchem ein starker Strom einem Film mit hohem Widerstand zugeführt wird, von dem Elektronen abgegeben werden.Of the conventional cold cathode electron-emitting elements, a surface conduction electron-emitting element is usable in which a large current is supplied to a high-resistance film from which electrons are emitted.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Oberflächenleitung-Elektronenemissionselementes.Fig. 3 is a schematic diagram of the surface conduction electron emission element.

Gemäß der Darstellung in Fig. 3 werden auf einem isolierenden Substrat 117 aus Glas oder dergleichen in einem vorbestimmten Abstand voneinander gegenüberliegende Elektroden 118 und 119 ausgebildet. In dem Zwischenraum zwischen den einander gegenüberliegenden Elektroden 118 und 119 wird ein Metall wie Molybdän (Mo) abgelagert. Der Ablagerungsfilm wird auf eine hohe Temperatur erhitzt, um dadurch eine teilweise Unterbrechung des Ablagerungsfilmes hervorzurufen, wodurch ein hochohmiger Film 120 gebildet wird.As shown in Fig. 3, opposing electrodes 118 and 119 are formed on an insulating substrate 117 made of glass or the like at a predetermined distance from each other. A metal such as molybdenum (Mo) is deposited in the space between the opposing electrodes 118 and 119. The deposition film is heated to a high temperature to thereby cause partial disruption of the deposition film, thereby forming a high-resistance film 120.

Wenn in dem Elektronenemissionselement mit diesem Aufbau zwischen die Elektroden 118 und 119 eine Spannung angelegt wird, um einen Strom durch den hochohmigen Film 120 zu leiten, und an eine auf dem hochohmigen Film 120 gebildete (nicht dargestellte) Elektrode eine Hochspannung angelegt wird, werden von dem hochohmigen Film 120 Elektronen abgegeben.In the electron emission element having this structure, when a voltage is applied between the electrodes 118 and 119 to pass a current through the high-resistance film 120 and a high voltage is applied to an electrode (not shown) formed on the high-resistance film 120, electrons are emitted from the high-resistance film 120.

Bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselement ist die Oberflächenform des hochohmigen Filmes der Hauptfaktor für das Bestimmen der Elektronenemissionseigenschaften. Zum Steigern des Elektronenemissionswirkungsgrades ist es vorteilhaft, wenn der hochohmige Film unterbrochen, inselförmig oder fehlerhaft ist (dieser Oberflächenzustand wird nachfolgend als schadhafter Oberflächenzustand bezeichnet). Der schadhafte Oberflächenzustand tritt infolge einer örtlichen Emission von Hochspannungsfeld-Elektronen, heißen Elektronen und dergleichen auf. Der schadhafte Oberflächenzustand wird herkömmlicherweise dadurch erzielt, daß der Ablagerungsfilm auf eine hohe Temperatur erhitzt wird und örtliche Unterbrechungen des Ablagerungsfilmes hervorgerufen werden.In the electron emission element described above, the surface shape of the high-resistance film is the main factor for determining the electron emission characteristics. In order to increase the electron emission efficiency, it is advantageous if the high-resistance film is discontinuous, island-like or defective (this surface state is hereinafter referred to as a defective surface state). The defective surface state occurs due to local emission of high-voltage field electrons, hot electrons and the like. The defective surface state is conventionally achieved by heating the deposition film to a high temperature and causing local discontinuities in the deposition film.

In der Elektronenemissionselektrode mit dem auf die vorstehend beschriebene Weise hergestellten hochohmigen Film ist jedoch der hochohmige Film instabil und es werden die Streuungen hinsichtlich der Betriebsspannung und des Elektronenemissionswirkungsgrades vergrößert. Außerdem werden die Elektronen örtlich emittiert, so daß die Stromdichte größer wird, wodurch sich eine örtliche Unterbrechung des hochohmigen Filmes ergibt.However, in the electron emission electrode having the high-resistance film prepared in the above-described manner, the high-resistance film is unstable and the dispersions in the operating voltage and the electron emission efficiency are increased. In addition, the electrons are emitted locally so that the current density becomes larger, resulting in a local break in the high-resistance film.

Der Kristall ist als ein Aggregat von einzelnen Kristallkörnern (einschließlich im wesentlichen eines Einkristalls) definiert, welches in einem jeweiligen heterogenen Material mit einem einzelnen Kern als dessen Zentrum gewachsen ist.The crystal is defined as an aggregate of individual crystal grains (including essentially one single crystal) grown in a particular heterogeneous material with a single nucleus as its center.

Wenn in einem jeden einer Vielzahl von Bereichen von heterogenem Material ein Einkristall mit einem jeweils einzelnen Kern als dessen Zentrum gezüchtet wird, entsteht an gewünschten Bereichen eine Vielzahl von Einkristallbereichen mit konischen Teilbereichen, die nur dem Einkristall entsprechen. Durch Steuern der Materialien für die Ablagerungsfläche, des heterogenen Materials und der Arten der Ablagerungsmaterialien sowie der Ablagerungsbedingungen kann zum Bilden des hochohmigen Filmes in dem Elektronenemissionselement eine Vielzahl von Einkristallbereichen mit jeweils einer erwünschten Größe gebildet werden.When a single crystal having a single nucleus as its center is grown in each of a plurality of heterogeneous material regions, a plurality of single crystal regions having tapered portions corresponding only to the single crystal are formed at desired regions. By controlling the materials for the deposition surface, the heterogeneous material and the types of the deposition materials, and the deposition conditions, a plurality of single crystal regions each having a desired size can be formed for forming the high-resistance film in the electron emission element.

In diesem Elektronenemissionselement wird gleichförmig.eine Vielzahl von Einkristallbereichen mit einzelnen Kernen als deren Zentren in einer Vielzahl von Bereichen von heterogenem Material gebildet, wodurch auf einfache Weise Vorsprünge an der Oberfläche des hochohmigen Filmes gesteuert werden.In this electron emission element, a plurality of single crystal regions having single nuclei as their centers are uniformly formed in a plurality of regions of heterogeneous material, thereby easily controlling protrusions on the surface of the high-resistance film.

Falls kleinste Teilungsabstände von konischen Teilbereichen erforderlich sind, um die dielektrische Spannungsfestigkeit in dem in Fig. 1 dargestellten Kaltkathoden-Elektronenemissionselement zu verbessern oder ein Mehrfach-Elektronenemissionselement herzustellen, wird eine Elektrode vorzugsweise an der Oberfläche des Isoliermaterials ausgebildet.If minute pitches of tapered portions are required to improve the dielectric withstand voltage in the cold cathode electron-emitting element shown in Fig. 1 or to manufacture a multiple electron-emitting element, an electrode is preferably formed on the surface of the insulating material.

Wenn jedoch eine Elektrode an der Oberfläche des Isoliermatenais ausgebildet wird, kann an der Oberfläche des Isoliermatenais eine Leiterschicht gebildet werden oder es muß zum Erzielen der Leitungsführung in einer auf einem leitenden Substrat ausgebildeten Isolierschicht eine Durchgangsöffnung gebildet werden. Diese Technik führt zu Problemen hinsichtlich der Zusammenbaudichte und der Zuverlässigkeit der Verbindungen.However, if an electrode is formed on the surface of the insulating material, a conductor layer can be formed on the surface of the insulating material or a through hole must be formed in an insulating layer formed on a conductive substrate to achieve the routing. This technique leads to problems in terms of assembly density and reliability of the connections.

Bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionsverfahren wird die während der Elektronenemission durch diese verlorene Ladung der Elektronenemissionselektroden nach der Elektronenemission zugeführt und die Elektronenemissionselektrode kann an dem Isolierfilm ausgebildet werden.In the electron emission method described above, the charge lost during electron emission is supplied to the electron emission electrodes after the electron emission, and the electron emission electrode can be formed on the insulating film.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Elektronenemissionsvorrichtung sind die Elektrqnenemissionselektrode mit einem konischen Teilbereich und die Spannungsanlegeelektrode unter Einfassung des Isolierfilmes zwischen diesen ausgebildet und kapazitiv gekoppelt. Än die Spannungsanlegeelektrode und das bestrahlte Target wird eine Spannung angelegt, um die Abgabe der Elektronen aus der Elektronenemissionselektrode zu ermöglichen. Die aus der Elektronenemissionselektrode austretende Ladung kann durch die Ladungszuführvorrichtung zugeführt werden.In a first embodiment of the electron emission device, the electron emission electrode having a conical portion and the voltage application electrode are formed with the insulating film sandwiched therebetween and are capacitively coupled. A voltage is applied to the voltage application electrode and the irradiated target to enable the emission of the electrons from the electron emission electrode. The charge emerging from the electron emission electrode can be supplied by the charge supply device.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden die Elektronen aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt, damit die Elektronenemission aus der an dem Isolierfilm isolierten Elektronenemissionselektrode ermöglicht ist.In the first embodiment, the electrons are supplied from the charge supply device to enable the electron emission from the electron emission electrode insulated on the insulating film.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Elektronenemissionsvorrichtung sind unter Zwischenlagerung des Isolierfilmes die Vielzahl von Elektronenemissionselektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich und eine Vielzahl von Spannungsanlegeelektroden ausgebildet und kapazitiv gekoppelt. Für die Elektronenemission wird eine Spannung an die Spannungsanlegeelektroden und das bestrahlte Target angelegt. Die durch diese Elektronenemission aus den Elektronenemissionselektroden abgegebene Ladung wird aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt.In a second embodiment of the electron emission device, the plurality of Electron emission electrodes each having a conical portion and a plurality of voltage application electrodes are formed and capacitively coupled. For electron emission, a voltage is applied to the voltage application electrodes and the irradiated target. The charge released by this electron emission from the electron emission electrodes is supplied from the charge supply device.

Das heißt, bei dem zweiten Ausführungsbeispiel werden aus der Ladungszuführvorrichtung die Elektronen zugeführt, um die Elektronenemission aus der Vielzahl der an der Oberfläche des Isolierf ilmes isolierten Elektronenemissionselektroden zu ermöglichen.That is, in the second embodiment, the electrons are supplied from the charge supply device to enable electron emission from the plurality of electron emission electrodes insulated on the surface of the insulating film.

Wenn an die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden die Spannung im Zeitmultiplex angelegt wird, um aufeinanderfolgend zwischen die Spannungsanlegeelektroden und das bestrahlte Target Spannungsimpulse anzulegen, kann dadurch die Schaltungsbelastung bei der Elektronenemissionssteuerung verringert werden.When the voltage is applied to the plurality of voltage application electrodes in a time-division multiplex manner to sequentially apply voltage pulses between the voltage application electrodes and the irradiated target, the circuit load in the electron emission control can be reduced.

Wenn bei den vorangehend beschriebenen Elektronenemissionsvorrichtungen eine Ableitelektrode derart gestaltet ist, daß die Feldstärke an der Elektronenemissionselektrode erhöht wird, kann diese Ableitelektrode als Ladungszuführvorrichtung dienen.If, in the electron emission devices described above, a collector electrode is designed in such a way that the field strength at the electron emission electrode is increased, this collector electrode can serve as a charge supply device.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der Elektronenemissionsvorrichtung ist die Elektronenemissionselektrode auf dem Halbleitermaterial ausgebildet. Die durch die Entladung aus der Elektronenemissionselektrode verloren gehende Ladung kann über das Halbleitermaterial zugeführt werden.In a third embodiment of the electron emission device, the electron emission electrode is formed on the semiconductor material. The electron emission electrode generated by the discharge Lost charge can be supplied via the semiconductor material.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel der Elektronenemissionsvorrichtung ist auf dem Halbleitermaterial eine Vielzahl von Elektronenemissionselektroden ausgebildet und die durch die Entladung aus der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden austretende Ladung kann über das Halbleitermaterial zugeführt werden.In a fourth embodiment of the electron emission device, a plurality of electron emission electrodes are formed on the semiconductor material, and the charge emerging from the plurality of electron emission electrodes by the discharge can be supplied via the semiconductor material.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Kaltkathoden- Elektronenemissionselement bestehen Dimensionierungsprobleme und elektrische Probleme aus folgenden Gründen: Da eine konische Elektrode gebildet wird, nachdem die Isolierschicht geätzt ist, ist es schwierig, die Ablagerungsfläche des Substrates reinzuhalten und es treten Abweichungen hinsichtlich der Ablagerungsbedingungen oder dergleichen für die Elektrodenmaterialien auf.In the cold cathode electron-emitting element shown in Fig. 1, there are dimensional problems and electrical problems for the following reasons: Since a tapered electrode is formed after the insulating layer is etched, it is difficult to keep the deposition surface of the substrate clean and variations occur in the deposition conditions or the like for the electrode materials.

Bei dem vorangehend beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Elektronenernissionselementes wird die Elektrode mit dem konischen Teilbereich, der als Elektronenemissionsbereich dient, auf einer reinen Oberfläche dadurch ausgebildet, daß als Zentrum der in dem heterogenen Mikromuster-Material gebildete einzelne Kern benutzt wird. Danach werden die Isolierschicht und dann auf dieser die Elektrode gebildet, so daß eine Elektrode aus einem Kristall mit einer geringen Anzahl von Defekten und mit einem gleichförmigen Elektronenemissionsbereich erzielt wird, wodurch die Feldstärke gleichmäßig wird und erhöht wird und dadurch Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden.In the above-described method for manufacturing an electron emission element, the electrode having the conical portion serving as an electron emission region is formed on a clean surface by using the single core formed in the heterogeneous micropattern material as the center. Thereafter, the insulating layer is formed and then the electrode is formed thereon, so that an electrode made of a crystal having a small number of defects and having a uniform electron emission region is obtained, whereby the field strength becomes uniform and is increased, thereby preventing deviations in the triggering operating voltage.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Elektronenemissionselement ändern sich auf unerwünschte Weise infolge von Änderungen der Eigenschaften die Betriebsspannung und der Wirkungsgrad der Elektronenemission, da an den konischen Teilbereich der Elektrode ein starkes Feld angelegt wird, die Stromdichte erhöht wird und der konische Teilbereich erwärmt wird und schmilzt.In the electron emission element shown in Fig. 1, the operating voltage and the electron emission efficiency change in an undesirable manner due to changes in the properties because a strong field is applied to the conical portion of the electrode, the current density is increased and the conical portion is heated and melted.

Bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselement weist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich das leitende Material mit dem konischen Teilbereich und den auf dem leitenden Material ausgebildeten wärmebeständigen leitenden Film auf. Der Elektronenemissionsbereich kann aus einem wärmebeständigen leitenden Film gebildet werden, um ein Verformen des konischen Teilbereiches infolge des Schmelzens durch Wärme zu verhindern. Der Hauptteil der Elektrode mit dem konischen Teilbereich besteht aus dem leitenden Material mit hoher Leitfähigkeit, wodurch eine unnötige Wärmestrahlung verhindert wird.In the above-described electron emission element, the electrode having the tapered portion comprises the conductive material having the tapered portion and the heat-resistant conductive film formed on the conductive material. The electron emission portion may be formed of a heat-resistant conductive film to prevent deformation of the tapered portion due to melting by heat. The main part of the electrode having the tapered portion is made of the conductive material having high conductivity, thereby preventing unnecessary heat radiation.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Elektronenemissionselement muß die dielektrische Durchschlagspannung erhöht werden. In dem Mehrfach- Elektronenemissionselement wird zum Verhindern der Einwirkung der Elektroden auf benachbarte konische Teilbereiche die Elektrode mit dem konischen Teilbereich vorzugsweise auf der Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet, um kleine Teilungsabstände zu erzielen.In the electron emission element shown in Fig. 1, the dielectric breakdown voltage must be increased. In the multiple electron emission element, in order to prevent the influence of the electrodes on adjacent conical portions, the electrode with the conical portion is preferably formed on the surface of the insulating layer in order to achieve small pitches.

Bei dem Mehrfach-Elektronenernissionselement muß zum Abstrahlen von Elektronen von einer erwünschten Stelle weg die Elektronenemission der jeweiligen Elektronenemissionsquellen gesteuert werden.In the multiple electron emission element, the electron emission of the respective electron emission sources must be controlled in order to emit electrons from a desired location.

Bei dem vorangehend genannten Elektronenemissionselement ist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich über der Isolierschicht auf dem leitenden Material ausgebildet. (Diese Struktur wird nachfolgend als MIM-Struktur bezeichnet). Zwischen das leitende Material und die Elektrode, die auf der Oberfläche des Isoliermaterials ausgebildet ist und den konischen Teilbereich hat, wird eine Spannung (v) angelegt und die Elektronen können durch den Tunneleffekt durch die Isolierschicht hindurchtreten. Daher können die Elektronen aus dem leitenden Material der Elektrode mit dem konischen Teilbereich zugeführt werden. Die Menge an der Elektrode mit dem konischen Teilbereich zugeführten Elektronen kann durch die Spannung v gesteuert werden, um dadurch die Elektronenemissionsmenge zu steuern.In the above-mentioned electron emission element, the electrode having the tapered portion is formed on the conductive material above the insulating layer. (This structure is hereinafter referred to as MIM structure). A voltage (v) is applied between the conductive material and the electrode formed on the surface of the insulating material and having the tapered portion, and the electrons can pass through the insulating layer by the tunnel effect. Therefore, the electrons can be supplied from the conductive material to the electrode having the tapered portion. The amount of electrons supplied to the electrode having the tapered portion can be controlled by the voltage v, thereby controlling the electron emission amount.

Als herkömmliche Anzeigevorrichtungen in OA Systemen wie,Textverarbeitungsgeräten und Personalcomputern werden im Hinblick auf ein klares Bild und eine große Helligkeit hauptsächlich Kathodenstrahlröhren (CRT) verwendet.As conventional display devices in OA systems such as word processors and personal computers, cathode ray tubes (CRT) are mainly used in view of a clear image and high brightness.

In der Kathodenstrahlröhre werden die aus einer Elektronenquelle abgestrahlten Elektronen zur Abtastung in einem durch eine Ablenkspule erzeugten Magnetfeld abgelenkt und die abgelenkten Elektroden prallen auf einen Leuchtstoff-Bildschirm für R, G und B (im Falle der Farbbildröhre), um dadurch eine Anzeige herbeizuführen. Da die Ablenkstrecke der Größe des Bildschirmes entspricht, wird der Fortbewegungsweg der Elektronen länger. Aus diesem Grund wird auf unerwünschte Weise der Abstand zwischen der Elektronenguelle und dem Leuchtstoffbildschirm größer und es kann keine flache Kathodenstrahlröhre hergestellt werden.In the cathode ray tube, the electrons emitted from an electron source are deflected for scanning in a magnetic field generated by a deflection coil, and the deflected electrodes collide with a phosphor screen for R, G and B (in the case of the color picture tube) to thereby produce a display. Since the deflection distance corresponds to the size of the screen, the travel path of the electrons becomes longer. For this reason, the distance between the electron source and the phosphor screen becomes undesirably larger and a flat cathode ray tube cannot be manufactured.

Als flache Anzeigevorrichtungen haben Flüssigkristall-Anzeigeeinheiten, Plasma- Anzeigeeinheiten, Elektroluminiszenz-Einheiten (EL- Einheiten) und dergleichen große Aufmerksamkeit gefunden. Das Flüssigkristallelement benötigt eine Lichtquelle (natürliches Licht), da es ein Lichtaufnahmeelement ist, und tendiert dazu, durch Helligkeitsschwankungen der Lichtquelle beeinträchtigt zu werden. Außerdem ist es schwierig, mit dem Flüssigkristall an sich eine Farbbildanzeige in drei oder mehr Farben zu erzielen. Die Plasma- Anzeige und die EL-Einheiten sind Lichtemissionselemente und ergeben nicht die Probleme, die bei dem Lichtaufnahmeelement entstehen. Diese Einheiten sind im Handel als monochromatische Einheiten erhältlich. Wegen der Unterschiede der Leuchtw,irksamkeitswerte bei verschiedenen Wellenlängen der Lichtquellen kann jedoch eine mehrfarbige Anzeige nicht zufriedenstellend erzielt werden und diese Einheiten sind weiterhin teuer.As flat display devices, liquid crystal display units, plasma display units, electroluminescence (EL) units and the like have attracted great attention. The liquid crystal element requires a light source (natural light) since it is a light receiving element and tends to be affected by brightness variations of the light source. In addition, it is difficult to achieve a color image display in three or more colors with the liquid crystal itself. The plasma display and EL units are light emitting elements and do not have the problems that arise with the light receiving element. These units are commercially available as monochromatic units. However, due to differences in luminous efficiency values at different wavelengths of the light sources, a multicolor display cannot be achieved satisfactorily and these units are still expensive.

Bei einer flachen Anzeigevorrichtung, in der das Elektronenemissionselement verwendet wird, wird die Elektronenemissionsmenge durch eine zwischen die Ableitelektrode und die Elektrode mit dem konischen Teilbereich angelegte Spannung gesteuert. Das Potential der Leuchtstoffeinheit wird höher als dasjenige der Elektrode mit dem konischen Teilbereich angesetzt. Die Elektronen werden auf die Leuchtstoffeinheit zu deren Erregung aufgestrahlt.In a flat display device using the electron emission element, the amount of electron emission is controlled by a voltage applied between the lead electrode and the electrode having the tapered portion. The potential of the phosphor unit is set higher than that of the electrode having the tapered portion. The electrons are irradiated onto the phosphor unit to excite it.

Als an das in Fig. 1 dargestellte Feldeffekt- Elektronenernissionselement angelegte Spannung sind im allgemeinen 100 V oder mehr erforderlich. Es ist schwierig, dieses Element in eine integrierte Schaltung einzubauen. Es entstand die Anforderung, die an dieses Element anzuleq ende Spannung zu verringern.The voltage applied to the field-effect electron emission element shown in Fig. 1 is generally required to be 100 V or more. It is difficult to incorporate this element into an integrated circuit. The requirement arose to to reduce the voltage applied to this element.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Teiles einer herkömmlichen Feldeffekt- Elektronenemissionselementes,Fig. 1 is a schematic sectional view of a part of a conventional field-effect electron emission element,

Fig. 2A bis 2D sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstelung des in Fig. 1 dargestellten Elementes,Fig. 2A to 2D are schematic partial sectional views for explaining the steps in the manufacture of the element shown in Fig. 1,

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern eines Oberflächenleitungs- Elektronenemissionselementes,Fig. 3 is a schematic diagram for explaining a surface conduction electron emission element,

Fig. 4A bis 4D sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Mehrfach- Elektronenemissionselementes gemäß einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Verfahren,Fig. 4A to 4D are schematic partial sectional views for explaining the steps in the manufacture of a multiple electron emission element according to an embodiment of a method according to the invention,

Fig. 5A bis 5C sind jeweils perspektivische Teilansichten von Fig. 4A, 4C und 4D,Fig. 5A to 5C are partial perspective views of Fig. 4A, 4C and 4D, respectively.

Fig. 6A bis 6E sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Mehrfach- Elektronenemissionselementes,Fig. 6A to 6E are schematic partial sectional views for explaining the steps in manufacturing a multiple electron emission element according to the invention,

Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Matrix-Mehrfach- Elektronenemissionselementes,Fig. 7 is a schematic perspective view of a matrix multiple electron emission element,

Fig. 8A und 8B sind Darstellungen zum Erläutern einer selektiven Ablagerung,Fig. 8A and 8B are diagrams for explaining a selective deposition,

Fig. 9 ist eine grafische Darstellung, die Änderungen der Kernbildungsdichten der Ablagerungsflächen von SiO&sub2; und Siliziumnitrid als Funktion der Zeit veranschaulichen,Fig. 9 is a graph illustrating changes in the nucleation densities of the deposition surfaces of SiO2 and silicon nitride as a function of time,

Fig. 10A bis 10C sind Darstellungen zum Erläutern eines Verfahrens zum Formen eines Einkristalls,Fig. 10A to 10C are diagrams for explaining a method of forming a single crystal,

Fig. lla und llb sind jeweils perspektivische Ansichten des Substrates gemäß Fig. 10A und 10C,Fig. lla and llb are perspective views of the substrate according to Fig. 10A and 10C, respectively.

Fig. 12A bis 12C sind Darstellungen zum Erläutern eines anderen Verfahrens zum Formen eines Einkristalls,Fig. 12A to 12C are diagrams for explaining another method of forming a single crystal,

Fig. 13 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem Durchsatzverhältnis von NH&sub3; zu SiH&sub4; und dem Zusammensetzungsverhältnis von Si zu N in einem erzeugten Siliziumnitridfilm veranschaulicht,Fig. 13 is a graph illustrating the relationship between a flow rate ratio of NH₃ to SiH₄ and the composition ratio of Si to N in a produced silicon nitride film,

Fig.14 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Si/N- Zusammensetzungsverhälntis und der Kernbildungsdichte veranschaulicht,Fig.14 is a graph illustrating the relationship between the Si/N composition ratio and the nucleation density,

Fig. 15 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Si-Ionen-Dotierrnenge und der Kernbildungsdichte veranschaulicht,Fig. 15 is a graph illustrating the relationship between the Si ion doping amount and the nucleation density,

Fig. 16A bis 16D sind schematische Teuschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren,Fig. 16A to 16D are schematic partial sectional views for explaining the steps in the manufacture of an electron emission element according to another method according to the invention,

Fig. 17 ist eine schematische Teilschnittansicht zum Erläutern eines Schrittes bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß dem Verfahren nach Fig. 16A bis 16D,Fig. 17 is a schematic partial sectional view for explaining a step in manufacturing an electron emission element according to the method of Figs. 16A to 16D,

Fig. 18 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Erläutern der Leitungsverbindung dieses Elektronenemissionselementes,Fig. 18 is a schematic perspective view for explaining the wiring connection of this electron emission element,

Fig. 19A bis 19F sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei dem Herstellen eines Elektronenemissionselementes gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren,Fig. 19A to 19F are schematic partial sectional views for explaining the steps in manufacturing an electron emission element according to another method of the present invention,

Fig. 20 ist eine schematische Teilschnittansicht für das Beschreiben eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes,Fig. 20 is a schematic partial sectional view for describing an electron emission element according to the invention,

Fig. 21 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Teilbereiches A eines hochohmigen Filmes nach Fig. 20,Fig. 21 is an enlarged partial view of a partial area A of a high-resistance film according to Fig. 20,

Fig. 22A bis 22C sind Darstellungen zum Erläutern der Schritte bei dem Formen eines Einkristalles gemäß einem Einkristall- Formungsver fahren,Figs. 22A to 22C are diagrams for explaining the steps in forming a single crystal according to a single crystal forming method,

Fig. 23A und 23B sind jeweils perspektivische Ansichten eines Substrates gemäß Fig. 22A und 22C,Fig. 23A and 23B are perspective views of a substrate according to Fig. 22A and 22C, respectively.

Fig. 24A bis 24C sind Darstellungen zum Erläutern der Schritte bei dem Formen eines Einkristalles gemäß einem anderen Einkristall- Formungsverfahren,Figs. 24A to 24C are diagrams for explaining the steps in forming a single crystal according to another single crystal forming method,

Fig. 25 ist eine schematische Darstellung einer ersten Elektronenemissionsvorrichtung, die fur ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren angewandt wird,Fig. 25 is a schematic diagram of a first electron emission device used for another method according to the invention,

Fig. 26 ist ein Äquivalenzschaltbild der ersten erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung,Fig. 26 is an equivalent circuit diagram of the first electron emission device according to the present invention,

Fig. 27 ist eine schematische Darstellung einer für das Verfahren nach Fig. 25 benutzten zweiten Elektronenemissionsvorrichtung,Fig. 27 is a schematic diagram of a second electron emission device used for the method of Fig. 25,

Fig. 28 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der zweiten erfindungsgemäßen Elektronenemissionsvorrichtung,Fig. 28 is a timing chart for explaining the second electron emission device according to the present invention,

Fig. 29 ist eine schematische Darstellung einer für das Verfahren nach Fig. 25 verwendeten dritten Elektronenemissionsvorrichtung,Fig. 29 is a schematic diagram of a third electron emission device used for the method of Fig. 25,

Fig. 30 ist ein Äquivalenzschaltbild der dritten Elektronenemissionsvorrichtung bei der Elektronenemiss ion,Fig. 30 is an equivalent circuit diagram of the third electron emission device in the electron emission,

Fig. 31 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Funktion der dritten erfindungsgemäßen Elektronemissionsvorrichtung,Fig. 31 is a timing chart for explaining the operation of the third electron emission device according to the invention,

Fig. 32A bis 32F sind schematische Teilschnittansichten für das Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren,Figs. 32A to 32F are schematic partial sectional views for explaining the steps in manufacturing an electron emission element according to another method of the present invention,

Fig. 33 ist eine schematische Teilschnittansicht für das Erlgutern eines Schrittes bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß dem Verfahren nach Fig. 32A bis 32F,Fig. 33 is a schematic partial sectional view for explaining a step in the manufacture an electron emission element according to the method of Fig. 32A to 32F,

Fig. 34 ist eine schematische Teilschnittansicht zum Erläutern eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes,Fig. 34 is a schematic partial sectional view for explaining an electron emission element according to the invention,

Fig. 35 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Erläutern der Leitungsverbindung dieses Elektronenemissionselementes,Fig. 35 is a schematic perspective view for explaining the wiring connection of this electron emission element,

Fig. 36A ist eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes,Fig. 36A is a schematic diagram of an electron emission element according to the invention,

Fig. 36B ist eine vergrößerte Teilansicht eines Teilbereiches a in Fig. 36A,Fig. 36B is an enlarged partial view of a portion a in Fig. 36A,

Fi&sub9;. 37 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Funktion dieses Elektronenemissionselementes,Fig. 9. 37 is a timing chart for explaining the function of this electron emission element,

Fig. 38 ist ein Äquivalenzschaltbild eines Elektronenemissionsbereiches in einem erfindungsgemäßen Mehrfach- Elektronenemissionselement,Fig. 38 is an equivalent circuit diagram of an electron emission region in a multi-electron emission element according to the present invention,

Fig.39A und 39B sind Zeitdiagramme von Spannungen, die an in Form einer Matrix angeordnete Elektroden angelegt werden,Fig.39A and 39B are timing diagrams of voltages applied to electrodes arranged in a matrix,

Fig. 40 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,Fig. 40 is a schematic sectional view of a display device according to the invention,

Fig. 41A ist eine vergrößerte Teilansicht eines Elektronenemissionsbereiches nach Fig. 40,Fig. 41A is an enlarged partial view of an electron emission region of Fig. 40,

Fig. 418 ist eine Draufsicht auf den Elektronenemissionsbereich nach Fig. 41A,Fig. 418 is a plan view of the electron emission region of Fig. 41A,

Fig. 42 ist eine Darstellung, die die Zusammensetzung des Elektronenemissionsbereiches veranschaulicht,Fig. 42 is a diagram illustrating the composition of the electron emission region,

Fig. 43 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern der Elektronenemissionssteuerung durch eine Matrix aus Verbindungsleitungen und Ableitelektroden,Fig. 43 is a schematic diagram for explaining electron emission control by a matrix of connecting lines and collecting electrodes,

Fig. 44 ist eine Darstellung zum Erläutern der Funktion der in Fig. 40 dargestellten Anzeigevorrichtung,Fig. 44 is a diagram for explaining the function of the display device shown in Fig. 40,

Fig. 45 ist eine schematische Teilschnittansicht einer anderen erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,Fig. 45 is a schematic partial sectional view of another display device according to the invention,

Fig. 46 ist ein Energiebanddiagramm eines Metal 1-Halbleiter-Überganges,Fig. 46 is an energy band diagram of a metal 1-semiconductor junction,

Fig. 47 ist ein Diagramm des Energiebandes an der Oberfläche eines Halbleiters gemäß der Erfindung,Fig. 47 is a diagram of the energy band at the surface of a semiconductor according to the invention,

Fig. 48 ist eine schematische Teilschnittansicht für die Beschreibung eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes,Fig. 48 is a schematic partial sectional view for describing an electron emission element according to the invention,

Fig. 49 ist eine Darstellung zum Erläutern der Funktion des in Fig. 48 dargestellten Elementes,Fig. 49 is a diagram for explaining the function of the element shown in Fig. 48,

Fig. 50A ist ein Energiebanddiagramm bei einem Gleichgewichtszustand des Elementes nach Fig. 48 undFig. 50A is an energy band diagram at an equilibrium state of the element according to Fig. 48 and

Fig. 50B ist ein Energiebanddiagramrn bei dem Betreiben des Elementes nach Fig. 48.Fig. 50B is an energy band diagram when operating the element of Fig. 48.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.With reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the invention are described.

Fig. 4A bis 4D sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei dem Herstellen eines Mehrfach- Elektronenemissionselementes gemäß einem errf indungsgemäßen Verfahren und Fig. 5A bis 5C sind jeweils perspektivische Teilansichten nach Fig. 4A, 4C und 4D.Fig. 4A to 4D are schematic partial sectional views for explaining the steps in manufacturing a multiple electron emission element according to a method of the invention, and Fig. 5A to 5C are partial perspective views of Fig. 4A, 4C and 4D, respectively.

Gemäß der Darstellung in Fig. 4A wird ein Oxidsubstrat 1 aus einem Isoliermaterial wie SiO&sub2; durch Fotoätzung oder dergleichen mit einem Muster versehen, um eine Vielzahl von zylindrischen Ausnehm,ungen 202 mit einem jeweiligen Durchmesser von ungefähr 0,5 bis 100 µm zu bilden. Zwischen den Ausnehmungen 202 von jeweiligen Reihen gemäß Fig. 4A werden Rillen ausgebildet.As shown in Fig. 4A, an oxide substrate 1 made of an insulating material such as SiO₂ is patterned by photoetching or the like to form a plurality of cylindrical recesses 202 each having a diameter of about 0.5 to 100 µm. Grooves are formed between the recesses 202 of respective rows as shown in Fig. 4A.

Gemäß Fig. 48 werden jeweils an den Bodenflächen (Ablagerungsflächen) der Ausnehmungen 202 Kernbildungsbasen 203 aus Si oder Si&sub3;N&sub4; ausgebildet.As shown in Fig. 48, nucleation bases 203 made of Si or Si₃N₄ are formed on the bottom surfaces (deposition surfaces) of the recesses 202, respectively.

Gemäß Fig. 4C werden in den Kernbildungsbasen 203 geformte einzelne Kerne als Zentren zum Züchten eines Einkristalls aus Mo, W oder Si benutzt, um dadurch konische Elektr6den 204 mit jeweils einer erwünschten Größe und einem konischen Teilbereich zu formen. Gemäß Fig. SB werden die in einer jeweiligen Reihe ausgerichteten Elektroden 204 miteinander durch eine Leitungsschicht 206 verbunden, die durch die in dem Oxidsubstrat 201 ausgebildete entsprechende Rille hindurchgehend ausgebildet ist. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel dienen die Bodenflächen der Ausnehmungen 202 des Oxidsubstrates 201 als Ablagerungsflächen und die Seitenwandbereiche der Ausnehmungen 202 bestehen aus einem Isoliermaterial. Das Isoliermaterial kann an der Ablagerungsfläche in einem anderen Prozeß unter Verwendung des gleichen Materials wie dasjenige der Ablagerungsfläche oder eines davon verschiedenen Materials gebildet werden.As shown in Fig. 4C, individual nuclei formed in the nucleation bases 203 are used as centers for growing a single crystal of Mo, W or Si to thereby form conical electrodes 204 each having a desired size and a conical portion. As shown in Fig. 5B, the electrodes 204 aligned in each row are connected to each other by a conductive layer 206 formed through the corresponding groove formed in the oxide substrate 201. A method of forming the single crystal will be described in detail below. In this embodiment, the bottom surfaces of the recesses 202 of the oxide substrate 201 serve as deposition surfaces, and the side wall portions of the recesses 202 are made of an insulating material. The insulating material may be formed on the deposition surface in another process using the same material as that of the deposition surface or a different material therefrom.

Schließlich wird gemäß der Darstellung in Fig. 4D und 5C eine als Ableitelektrode dienende Metallplatte 205, in der durch Ätzen eine Vielzahl von öffnungen ausgebildet ist, derart an das Oxidsubstrat 201 angeklebt, daß die Mitten der Öffnungen jeweils mit den Mitten der Ausnehmungen 202 ausgerichtet sind, wobei dadurch ein Mehrfach- Elektronenemissionselement fertiggestellt wird.Finally, as shown in Figs. 4D and 5C, a metal plate 205 serving as a lead electrode, in which a plurality of openings are formed by etching, is bonded to the oxide substrate 201 such that the centers of the openings are respectively aligned with the centers of the recesses 202, thereby completing a multi-electron emission element.

In dem vorstehend beschriebenen Mehrfach- Elektronenemissionselement gemäß Fig. 5C wird zwischen die Metallplatte 205 und die gewählte Leitungsschicht 206 eine Spannung derart angelegt, daß das Potential an der Metallplatte 205 höher ist als an der gewählten Leitungsschicht 206, durch die konischen Teilbereiche der entsprechenden Elektroden 204 ein starkes elektrisches Feld erzeugt wird und von diesen Elektronen emittiert werden.In the above-described multiple electron emission element according to Fig. 5C, a voltage is applied between the metal plate 205 and the selected conductive layer 206 such that the potential at the metal plate 205 is higher than at the selected conductive layer 206, a strong electric field is generated by the conical portions of the corresponding electrodes 204 and electrons are emitted from them.

Wenn bei dem vorangehend beschriebenen Mehrfach- Elektronenemissionselement die Metallplatte 205 in Streifen unterteilt wird, um zusammen mit den Elektroden-Leitungsschichten 206 eine Matrix zu bilden, kann dadurch ein Matrix-Mehrfach- Elektronenernissionselement hergestellt werden.In the above-described multi-electron emission element, when the metal plate 205 is divided into strips to form a matrix together with the electrode wiring layers 206, a matrix multi-electron emission element can be manufactured.

Fig. 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Matrix-Mehrfach- ElektronenemissionselementesFig. 7 is a schematic perspective view of a matrix multiple electron emission element

Gemäß Fig. 7 sind Metallplatten 2051 bis 2054 und Elektroden-Leitungsschichten 2061 bis 2064 in Form einer Matrix angeordnet. Wenn zwischen gewählte Metallplatten 2051 bis 2054 und gewählte Elektroden- Leitungsschichten 2061 bis 2064 eine Spannung angelegt wird, kann eine punktförmige, eine linienförmige oder eine flächige Elektronenemissionsquelle erzielt werden.As shown in Fig. 7, metal plates 2051 to 2054 and electrode conductive layers 2061 to 2064 are arranged in the form of a matrix. When a voltage is applied between selected metal plates 2051 to 2054 and selected electrode conductive layers 2061 to 2064, a point-shaped, a line-shaped or a planar electron emission source can be obtained.

Bei dem Verfahren zum Herstellen dieses Elementes wird die Elektrode 204 mit dem konischen Teilbereich an dem Oxidsubstrat 201 ausgebildet. Zum Herstellen des gleichen Elektronenemissionselementes wie das vorangehend beschriebene kann jedoch ein Oxidfilm 201a auf einem darunter liegenden Substrat ausgebildet werden. Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Metallplatte 205 als Ableitelektrode an das Substrat angeklebt. Die Ableitelektrode kann jedoch durch Ablagern einer Metallschicht wie einer Mo-Schicht gebildet werden.In the method of manufacturing this element, the electrode 204 having the tapered portion is formed on the oxide substrate 201. However, to manufacture the same electron emission element as the one described above, an oxide film 201a may be formed on an underlying substrate. In the embodiment described above, the metal plate 205 as a lead electrode is bonded to the substrate. However, the lead electrode may be formed by depositing a metal layer such as a Mo layer.

Fig. 6A bis 6E sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Mehrfach- Elektronenemissionselementes gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren.6A to 6E are schematic partial sectional views for explaining the steps in manufacturing a multiple electron emission element according to another method of the present invention.

Gemäß Fig. 6A wird an einem Unterlagensubstrat 207 wie einem Si-Substrat ein Oxidfilm 201a wie ein SiO&sub2;-Film gebildet, in dem auf gleiche Weise wie gemäß Fig. 4A Ausnehrnungen 202 gebildet werden.As shown in Fig. 6A, an oxide film 201a such as a SiO2 film is formed on a base substrate 207 such as a Si substrate, in which recesses 202 are formed in the same manner as in Fig. 4A.

Gemäß Fig. 6B und 6C werden auf gleiche Weise wie gemäß Fig. 4A und 4B Kernbildungsbasen 203 und Elektroden 204 mit konischen Teilbereichen und mit erwünschten Abmessungen gebildet.According to Figs. 6B and 6C, in the same manner as Figs. 4A and 4B, core formation bases 203 and electrodes 204 having tapered portions and having desired dimensions are formed.

Gemäß Fig. 6D wird in die Ausnehmungen 202 ein Resist eingefüllt und an dem Resist und dem Oxidsubstrat 201 wird eine Metallschicht 208 gebildet. Auf die Metallschicht 208 wird ein Fotoresist 209 aufgeschichtet, welches zum Bilden von Öffnungen 210 belichtet und geätzt wird.According to Fig. 6D, a resist is filled into the recesses 202 and a metal layer 208 is formed on the resist and the oxide substrate 201. A photoresist 209 is coated on the metal layer 208, which is exposed and etched to form openings 210.

Schließlich wird gemäß Fig. 6E zum Fertigstellen eines Mehrfach-Elektronenemissionselementes die Metallschicht 208 zum Bilden von Öffnungen geätzt und das Resistrnuster entfernt.Finally, as shown in Fig. 6E, to complete a multi-electron emission element, the metal layer 208 is etched to form openings and the resist pattern is removed.

Wenn die Metallschicht 208 auf gleiche Weise wie die in Fig. 7 dargestellten Metallplatten 2051 bis 2054 in Streifen zum Bilden einer Matrixelektrodenanordnung aufgeteilt wird, kann ein Matrix-Mehrfach-Elektronenemissionselement hergestellt werden.When the metal layer 208 is divided into strips to form a matrix electrode array in the same manner as the metal plates 2051 to 2054 shown in Fig. 7, a matrix multi-electron emission element can be manufactured.

Bei dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Elektrode 204 mit dem konischen Teilbereich durch die Bedingungen wie das die Ablagerungsfläche bildende Oxidsubstrat 201 (den Oxidfilm 201a)&sub1; die Kernbildungsbasen 203, das Ablagerungsmaterial und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Größe des konischen Teilbereiches kann unabhängig von den Größen der Ausnehmungen 202 und der Öffnungen 210 festgelegt werden, wodurch Maßabweichungen verhindert werden, die durch Abweichungen der Größen der Ausnehmungen 202 und der Öffnungen 210 verursacht werden. Die Lage der Elektrode 204 mit dem konischen Teilbereich kann durch die Lage der entsprechenden Kernbildungsbasis 203 festgelegt werden. Die Elektrode 204 kann mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle geformt werden. Infolgedessen kann gleichförmig in feinen Teilungsabständen eine Vielzahl von Elektronenemissionsöffnungen des Mehrfach- Elektronenemissionselementes gebildet werden.In the embodiment described above, the electrode 204 having the tapered portion is determined by the conditions such as the oxide substrate 201 (the oxide film 201a) forming the deposition surface, the nucleation bases 203, the deposition material and the deposition conditions. The size of the tapered portion can be set independently of the sizes of the recesses 202 and the openings 210, thereby preventing dimensional deviations caused by deviations in the sizes of the recesses 202 and the openings 210. The position of the electrode 204 having the tapered portion can by the position of the corresponding nucleation base 203. The electrode 204 can be formed at a desired position with high accuracy. As a result, a plurality of electron emission holes of the multiple electron emission element can be formed uniformly at fine pitches.

Da der Einkristall auf einfache Weise mit der Kernbildungsbasis als dessen (nachfolgend beschriebenes) Zentrum geformt werden kann, ermöglicht dies eine breite Wahl des Materials ohne Berücksichtigung der Kristallinität oder dergleichen zwischen dem Ablagerungsrnaterial und der Ablagerungsfläche. Beispielsweise kann abweichend von dem herkömmlichen Fall, bei dem es schwierig ist, einen Einkristall an einem isolierenden Substrat wie einem amorphen Substrat zu züchten, ein Einkristall an dem isolierenden Substrat gebildet werden und mit Sicherheit eine große Fläche des Elementes erzielt werden. Daher ist das erfindungsgemäße Verfahren für das Herstellen eines Mehrfach- Elektronenemissionselementes sehr wirkungsvoll. Außerdem können die konischen Teilbereiche als Elektronenemissionsbereiche gleichförmig und scharf geformt werden, um eine hohe Feldstärke zu erreichen. Daher können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannungen verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.Since the single crystal can be easily formed with the nucleation base as its center (described below), this enables a wide selection of the material without considering the crystallinity or the like between the deposition material and the deposition surface. For example, unlike the conventional case where it is difficult to grow a single crystal on an insulating substrate such as an amorphous substrate, a single crystal can be formed on the insulating substrate and a large area of the element can be achieved with certainty. Therefore, the method of the present invention is very effective for manufacturing a multiple electron emission element. In addition, the tapered portions as electron emission regions can be formed uniformly and sharply to achieve a high field strength. Therefore, deviations in the triggering operating voltages can be prevented and the electron emission efficiency can be further improved.

Gemäß Fig. 6 kann die Ablagerungsfläche auf einem darunter liegenden Substrat aus einem erwünschten Material ausgebildet werden.As shown in Fig. 6, the deposition surface may be formed on an underlying substrate of a desired material.

Beispielsweise kann eine Ablagerungsfläche auf einem Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad ausgebildet werden und die Zuverlässigkeit der Schaltung stark verbessert werden.For example, a deposition surface on a substrate with a high heat radiation efficiency and the reliability of the circuit can be greatly improved.

Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren ist es leicht, durch Nutzung eines Einkristalls eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich herzustellen. Die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann verbessert werden. Der Elektronenemissionsbereich als konischer Teilbereich kann mit der Kristallfläche einer vorbestimmten Struktur in übereinstimmung gebracht werden, um den Schottky-Effekt und den Elektronenemissionswirkungsgrad zu verbessern. Zugleich kann eine Vielzahl von Elektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich auf der Ablagerungsfläche des Isoliermaterials gebildet werden, wobei dadurch die elektrische Isolierung verbessert wird. Daher kann eine Kopplung zwischen den benachbarten Elektroden verhindert werden.According to the method described above, it is easy to manufacture an electrode having a tapered portion by using a single crystal. The conductivity of the electrode having the tapered portion can be improved. The electron emission portion as the tapered portion can be made to match the crystal face of a predetermined structure to improve the Schottky effect and the electron emission efficiency. At the same time, a plurality of electrodes each having a tapered portion can be formed on the deposition surface of the insulating material, thereby improving electrical insulation. Therefore, coupling between the adjacent electrodes can be prevented.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten eines Einkristalls an einer Ablagerungsfläche beschrieben.A method for growing a single crystal on a deposition surface is described below.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum selektiven Aufbringen eines Filmes auf die Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren, bei dem selektiv auf einem Substrat ein Dünnfilm unter Nutzung von Differenzen von Faktoren zwischen Materialien gebildet wird, welche die Kernbildung bestimmen. Diese Faktgren sind die Oberflächenenergie, Ablagerungskoeffizienten, Absonderungskoeffizienten, Flächendiffusionsgeschwindigkeiten und dergleichen, die alle mit dem Dünnfilm-Forrnungsprozeß in Verbindung stehen.A method for selectively depositing a film on the deposition surface is described below. Selective deposition is a method of selectively forming a thin film on a substrate using differences in factors between materials that determine nucleation. These factors are surface energy, deposition coefficients, segregation coefficients, surface diffusion rates, and the like, all of which are related to the thin film forming process.

Fig. 8A und 8B sind Darstellungen zum Erläutern der selektiven Ablagerung.Fig. 8A and 8B are diagrams for explaining the selective deposition.

Gemäß Fig. 8A wird ein Dünnfilm 212 mit anderen Faktoren als diejenigen eines Substrates 211 an diesem an einem erwünschten Bereich gebildet. Wenn die Ablagerung eines Dünnfilmes aus einem geeigneten Material unter geeigneten Ablagerungsbedingungen ausgeführt wird, wird gemäß Fig. 8B ein Dünnfilm 213 nur an dem Dünnfilm 212, aber nicht an anderen Bereichen des Substrates 211 gebildet. Durch Nutzung dieser Erscheinung kann der Dünnfilm 213 unter Selbstausrichtung gezüchtet werden. Abweichend von dem herkömmlichen Prozeß kann das Fotolithografieverfahren mit einem Resist entfallen.As shown in Fig. 8A, a thin film 212 having different factors from those of a substrate 211 is formed on the substrate 211 at a desired portion. As shown in Fig. 8B, when deposition of a thin film of an appropriate material is carried out under appropriate deposition conditions, a thin film 213 is formed only on the thin film 212 but not on other portions of the substrate 211. By utilizing this phenomenon, the thin film 213 can be grown with self-alignment. Unlike the conventional process, the photolithography process using a resist can be omitted.

Die Materialien für die selektive Ablagerung sind SiO&sub2; für das Bilden des Substrates 211, Si, GaAs oder Siliziumnitrid für das Bilden des Dünnfilmes 212 und Si, W, GaAs oder InP für das Bilden des Dünnfilmes 213.The materials for the selective deposition are SiO₂ for forming the substrate 211, Si, GaAs or silicon nitride for forming the thin film 212 and Si, W, GaAs or InP for forming the thin film 213.

Die Fig. 9 ist eine grafische Darstellung, die Änderungen der Kernbildungsdichten und der Ablagerungsbereiche von SiO&sub2; und Siliziumnitrid als Funktion der Zeit veranschaulicht.Figure 9 is a graph illustrating changes in nucleation densities and deposition areas of SiO2 and silicon nitride as a function of time.

Wie aus dieser grafischen Darstellung ersichtlich ist, wird die Kernbildungsdichte auf SiO&sub2; unmittelbar nach der Ablagerung unterhalb von 10³ cm&supmin;² gesättigt und nach 20 Minuten im wesentlichen unverändert gehalten.As can be seen from this graph, the nucleation density on SiO2 is saturated below 10³ cm⁻² immediately after deposition and remains essentially unchanged after 20 minutes.

Auf Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;) wird jedoch die Kernbildungsdichte vorübergehend bei ungefähr 4 x 10&sup5; cm&supmin;² gesättigt und innerhalb von 10 Minuten nicht geändert. Darauffolgend steigt jedoch die Kernbildungsdichte steil an. Bei dieser Messung wurden die Filme durch chemische Dampfablagerung bei einem Druck von 175 Torr und einer Temperatur von 1000ºC in einer Atmosphäre abgelagert, in der SiCl&sub4;- Gas mit H&sub2;-Gas verdünnt war. Außerdem können als Reaktionsgas SiH&sub4;-, SiH&sub2;Cl&sub2;-, SiHCl&sub3;- oder SiF&sub4;-Gas verwendet werden und der Druck, die Temperatur und dergleichen zum Erzielen der vorstehend beschriebenen Wirkung gesteuert werden. Diese Ablagerung kann durch Vakuumablagerung ausgeführt werden.However, on silicon nitride (Si₃N₄), the nucleation density temporarily saturates at about 4 x 10⁵ cm⁻² and does not change within 10 minutes. Subsequently, however, the Nucleation density increased steeply. In this measurement, the films were deposited by chemical vapor deposition at a pressure of 175 Torr and a temperature of 1000°C in an atmosphere in which SiCl₄ gas was diluted with H₂ gas. In addition, SiH₄, SiH₂Cl₂, SiHCl₃ or SiF₄ gas may be used as the reaction gas and the pressure, temperature and the like may be controlled to achieve the above-described effect. This deposition may be carried out by vacuum deposition.

In diesem Fall kann problemlos ein Kern auf SiO&sub2; gebildet werden. Durch Hinzufügen von HCL-Gas zu dem Reaktionsgas kann die Kembildung an SiO&sub2; weiter unterdrückt werden, um das Erzeugen von SiO&sub2; an Si zu verhindern.In this case, a nucleus can be easily formed on SiO₂. By adding HCL gas to the reaction gas, the nucleation on SiO₂ can be further suppressed to prevent the generation of SiO₂ on Si.

Die vorstehend beschriebene Erscheinung hängt von den Unterschieden zwischen den Absorptionskqeffizienten, den Absonderungskoeffizienten und den Flächendiffusionskoeffizienten von Si und denjenigen von SiO&sub2; und Siliziumnitrid ab. Si-Atome reagieren mit SiO&sub2; zum Bilden von Siliziummonoxid (SiO) mit einem hohen Dampfdruck. SiO&sub2; selbst wird durch Siliziumrnonoxid geätzt. Eine solche Ätzerscheinung tritt an Siliziurnnitrid nicht auf (T. Yonehara, 5. Yoshioka und 5. Miyazawa, "Journal of Applied Physics 53", 6839, 1982).The phenomenon described above depends on the differences between the absorption coefficients, the segregation coefficients and the surface diffusion coefficients of Si and those of SiO2 and silicon nitride. Si atoms react with SiO2 to form silicon monoxide (SiO) with a high vapor pressure. SiO2 itself is etched by silicon monoxide. Such an etching phenomenon does not occur on silicon nitride (T. Yonehara, S. Yoshioka and S. Miyazawa, "Journal of Applied Physics 53", 6839, 1982).

Wenn als Materialien für die Ablagerungsfläche SiO&sub2; und Siliziumnitrid gewählt werden und als Ablagerungsmaterial Silizium gewählt wird, kann gemäß der grafischen Darstellung in Fig. 9 eine ausreichend hohe Kernbildungsdichtedifferenz erzielt werden. Als Material für die Ablagerungsfläche ist SiO&sub2; vorzuziehen. Es kann jedoch selbst bei der Verwendung von SiOx eine zufriedenstellende Kernbildungsdichtedifferenz erzielt werden.When SiO₂ and silicon nitride are selected as the materials for the deposition surface and silicon is selected as the deposition material, a sufficiently high nucleation density difference can be obtained as shown in the graph in Fig. 9. SiO₂ is preferable as the material for the deposition surface. However, even when using of SiOx a satisfactory nucleation density difference can be achieved.

Die Materialien sind nicht auf die vorstehend beschriebenen eingeschränkt. Wie aus der Fig. 9 ersichtlich ist, ist die ausreichende Kernbildungsdichtedifferenz das 10²-fache der Kernbildungsdichte oder größer. Für das zufriedenstellende Bilden von Ablagerungsfilmen können nachfolgend als Beispiel angeführte Materialien verwendet werden.The materials are not limited to those described above. As can be seen from Fig. 9, the sufficient nucleation density difference is 102 times the nucleation density or more. For the satisfactory formation of deposition films, materials exemplified below can be used.

Ein anderes Verfahren zum Erzielen dieser Kernbildungsdichtedifferenz ist es, durch örtliche Ionenimplantation von Si und N in SiO&sub2; eine Zone zu bilden, die eine übermäßige Menge an Si und N enthält.Another method to achieve this nucleation density difference is to form a zone containing an excess amount of Si and N by locally ion implanting Si and N into SiO2.

Durch Nutzung des vorstehend beschriebenen selektiven Ablagerungsverfahrens und Herstellung eines Musters aus einem ausreichend feinen heterogenen Material, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte hat als das Material der Ablagerungsfläche, so daß nur das Wachsen des Einkristalls ermöglicht ist, kann ein Einkristall an einer Stelle gezüchtet werden, an der sich das Muster aus dem feinen heterogenen Material befindet.By using the selective deposition process described above and preparing a pattern of a sufficiently fine heterogeneous material having a sufficiently higher nucleation density than the material of the deposition surface to allow only the growth of the single crystal, a single crystal can be grown at a location where the pattern of the fine heterogeneous material is located.

Da das selektive Züchten des Einkristalls durch den Elektronenzustand an der Ablagerungsfläche und insbesondere einen freien Bindungszustand bestimmt ist, muß ein Grundmaterial nicht ein Material mit geringer Kernbildungsdichte (z.B. SiO&sub2;) sein, sondern es kann auf irgend einem Material oder einem Substrat gebildet sein, wobei dadurch nur die Ablagerungsfläche gebildet ist.Since the selective growth of the single crystal is determined by the electron state at the deposition surface and in particular a free bond state, a host material need not be a material with a low nucleation density (e.g. SiO2), but it can be formed on any material or a substrate, thereby forming only the deposition surface.

Fig. 10A bis 10C sind Darstellungen, die ein Verfahren zum Formen eines Einkristalls veranschaulichen, und Fig. lla und lib sind jeweils perspektivische Ansichten des Substrates nach Fig. 10A bzw. 10C.Figs. 10A to 10C are diagrams illustrating a method of forming a single crystal, and Figs. 11a and 11b are perspective views of the substrate of Figs. 10A and 10C, respectively.

Gemäß Fig. 10A und 11A wird auf einem Substrat 214 ein Dünnfilm 215 mit geringer Kernbildungsdichte für die selektive Ablagerung gebildet und auf den Dünnfilm 215 wird ein heterogenes Material mit hoher Kernbildungsdichte aufgebracht. Diese Filme werden durch Fotolithografie zu einem Muster 216 des heterogenen Materials geformt. Die Größe und die Kristallstruktur des Substrates 214 können beliebig gewählt werden. Es kann auch ein Substrat mit aktiven Elementen benutzt werden. Das Muster 216 aus dem heterogenen Material umfaßt auch einen denaturierten Bereich, der eine überschüssige Menge an Si und N enthält und der durch lonenimplantation von Si und N in den Dünnfilm 215 erhalten wird.10A and 11A, a thin film 215 having a low nucleation density is formed on a substrate 214 for selective deposition, and a heterogeneous material having a high nucleation density is deposited on the thin film 215. These films are formed into a pattern 216 of the heterogeneous material by photolithography. The size and crystal structure of the substrate 214 can be arbitrarily selected. A substrate containing active elements can also be used. The pattern 216 of the heterogeneous material also includes a denatured region containing an excess amount of Si and N, which is obtained by ion implantation of Si and N into the thin film 215.

Gemäß geeigneten Ablagerungsbedingungen wird nur in dem Muster 216 aus dem heterogenen Material ein einzelner Kern eines Dünnfilmmaterials gebildet. Das heißt, das Muster 216 aus dem heterogenen Material muß ein Mikromuster sein, das fein genug ist, das Wachsen von nur einem einzelnen Kern zu ermöglichen. Die Abmessungen des Musters 216 aus dem heterogenen Material betragen in Abhängigkeit von den Materialarten weniger als einige µm. Der Kern behält die Einkristallstruktur bei und wächst als Einkristallinsel 217. Zum Erzielen der Insel 217 müssen Bedingungen für das Verhindern der Kembildung an dem Dünnfilm 215 festgelegt werden.According to suitable deposition conditions, a single nucleus of a thin film material is formed only in the heterogeneous material pattern 216. That is, the heterogeneous material pattern 216 must be a micropattern fine enough to allow the growth of only a single nucleus. The dimensions of the heterogeneous material pattern 216 are less than several µm, depending on the types of materials. The nucleus maintains the single crystal structure and grows as a single crystal island 217. To achieve the island 217, conditions for preventing nucleation must be established on the thin film 215.

Die Einkristallinsel 217 wächst mit dem Muster 216 aus dem heterogenen Material als Zentrum weiter, während sie die Einkristallstruktur beibehält. Gemäß Fig. 11C wird ein Einkristallkonus 217a erzielt.The single crystal island 217 continues to grow with the pattern 216 from the heterogeneous material as the center, while maintaining the single crystal structure. As shown in Fig. 11C, a single crystal cone 217a is obtained.

Da an dem Substrat 214 als Material für die Ablagerungsfläche der Dünnfilm 215 ausgebildet wird, kann das Substrat 214 als Träger-Target durch irgendein beliebiges Material gebildet sein. Außerdem kann selbst dann, wenn das Substrat 214 aktive Elemente und dergleichen enthält, an diesem auf einfache Weise ein Einkristall geformt werden.Since the thin film 215 is formed on the substrate 214 as a material for the deposition surface, the substrate 214 as a support target can be formed by any material. In addition, even if the substrate 214 contains active elements and the like, a single crystal can be easily formed on the substrate 214.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird als Dünnfilm 215 das Material für die Ablagerungsfläche gewählt. Es kann jedoch ohne Abwandlung ein Substrat aus einem Material mit geringer Kernbildungsdichte verwendet werden, welches die selektive Ablagerung ermöglicht, und ein Einkristall auf die vorangehend beschriebene Weise geformt werden.In the above-described embodiment, the material for the deposition surface is selected as the thin film 215. However, a substrate made of a material with a low nucleation density that enables selective deposition may be used without modification, and a single crystal may be formed in the manner described above.

Fig. 12A bis 12C sind Darstellungen zum Erläutern eines anderen Verfahrens zum Formen eines Einkristalls.Figs. 12A to 12C are illustrations for explaining another method of forming a single crystal.

Gemäß der Darstellung in Fig. 12A bis 12C wird an einem Substrat 215 aus einem Material, das ausreichend geringe Kernbildungsdichte hat und die selektive Ablagerung zuläßt, ein Mikrornuster 216 aus einem heterogenen Material gebildet. Ein Einkristall kann auf gleiche Weise wie gemäß Fig. 9 geformt werden.As shown in Figs. 12A to 12C, a micropattern 216 of a heterogeneous material is formed on a substrate 215 of a material having a sufficiently low nucleation density to permit selective deposition. A single crystal can be formed in the same manner as in Fig. 9.

(Beispiel)(Example)

Nachstehend wird ein praktisches Verfahren zum Formen eines Einkristalls beschrieben.A practical method for forming a single crystal is described below.

Als Ablagerungsflächenmaterial für einen Dünnfilm 215 wird SiO&sub2; verwendet. In diesem Fall kann ein Quarzsubstrat verwendet werden. Alternativ kann ein SiO&sub2;-Film auf einem Substrat aus einem Metall, einem Halbleiter, einem magnetischen Material, einem piezoelektrischen Material oder einem isolierenden Material durch Zerstäuben, chemische Bedampfung oder Vakuumablagerung gebildet werden. Als Ablagerungsflächenmaterial ist SiO&sub2; vorzuziehen. Es kann jedoch SiOx verwendet werden, wobei x veränderbar ist.As a deposition surface material for a thin film 215, SiO₂ is used. In this case, a quartz substrate may be used. Alternatively, a SiO₂ film may be formed on a substrate made of a metal, a semiconductor, a magnetic material, a piezoelectric material, or an insulating material by sputtering, chemical vapor deposition, or vacuum deposition. As a deposition surface material, SiO₂ is preferable. However, SiOx may be used, where x is variable.

Auf die SiO&sub2;-Schicht 215 wird durch Niederdruck- Epitaxie eine Schicht aus Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;) oder aus polykristallinem Silizium als heterogenes Material aufgebracht. Die Schicht aus dem Siliziumnitrid oder dem polykristallinen Silizium wird nach einem herkömmlichen Fotolithografieverfahren oder einem lithografischen Verfahren mit. Röntgenstrahlen, Elektronenstrahlen oder lonenstrahlen zu einem Muster geformt, um dadurch das Mikromuster 216 aus dem heterogenen Material mit Abmessungen von einigen µm oder weniger, vorzugsweise von ungefähr 1 µm oder weniger zu erhalten.A layer of silicon nitride (Si₃N₄) or polycrystalline silicon as a heterogeneous material is deposited on the SiO₂ layer 215 by low-pressure epitaxy. The layer of silicon nitride or polycrystalline silicon is patterned using a conventional photolithography process or a lithographic process using X-rays, electron beams or ion beams to thereby obtain the micropattern 216 of the heterogeneous material with dimensions of a few µm or less, preferably approximately 1 µm or less.

Darauffolgend wird an dem Substrat 214 selektiv Si durch Verwendung eines Gasgemisches aus HCl oder H&sub2; und SiH&sub2;Cl&sub2;, SiCl&sub4;, SiHCl&sub3;, SiF&sub4; oder SiH&sub4; gezüchtet. In diesem Fall beträgt die Substrattemperatur 700 bis 1100ºC und der Druck beträgt ungefähr 100 Torr.Subsequently, Si is selectively grown on the substrate 214 by using a gas mixture of HCl or H2 and SiH2Cl2, SiCl4, SiHCl3, SiF4 or SiH4. In this case, the substrate temperature is 700 to 1100°C and the pressure is about 100 Torr.

Innerhalb einer Zeitdauer zwischen 10 Minuten und 20 Minuten wächst der Einkristall 217 aus Si mit dem Mikromuster 216 aus dem heterogenen Material wie Siliziurnnitrid oder polykristallinern Silizium als dessen Zentrum. Durch das Einstellen von optimalen Wachstumsbedingungen können die Abmessungen des Si- Einkristalls 217 von den Abmessungen des heterogenen Materials bis zu einigen zehn µm des Einkristalls 217a vergrößert werden.Within a period of time between 10 minutes and 20 minutes, the single crystal 217 of Si with the micropattern 216 grows from the heterogeneous material such as silicon nitride or polycrystalline silicon as its center. By setting optimal growth conditions, the dimensions of the Si single crystal 217 can be increased from the dimensions of the heterogeneous material to several tens of µm of the single crystal 217a.

(Zusammensetzung von Siliziumnitrid)(Composition of silicon nitride)

Zum Erhalten einer ausreichend hohen Kernbildungsdichtedifferenz zwischen dem Ablagerungsflächenmaterial und dem heterogenen Material gemäß der vorangehenden Beschreibung ist das Material nicht auf Si&sub3;N&sub4; eingeschränkt. Die Zusammensetzung von Siliziumnitrid kann verändert werden.To obtain a sufficiently high nucleation density difference between the deposition surface material and the heterogeneous material as described above, the material is not limited to Si3N4. The composition of silicon nitride can be changed.

Bei der chemischen Plasma-Bedampfung CVD, bei der SiH&sub4;-Gas und NH&sub3;-Gas in einem Hochfreguenzplasma zersetzt werden, um bei niedriger Temperatur einen Siliziumnitridfilm zu erhalten, wird das Durchsatzverhältnis von NH&sub3;-Gas zu SiH&sub4;-Gas verändert, um in starkem Ausmaß das Zusammensetzungsverhältnis von Si zu N zu verändern, die in einem abzulagernden Siliziumnitridfilm enthalten sind.In plasma chemical vapor deposition (CVD), in which SiH4 gas and NH3 gas are decomposed in a high frequency plasma to obtain a silicon nitride film at a low temperature, the flow rate ratio of NH3 gas to SiH4 gas is changed to greatly change the composition ratio of Si to N contained in a silicon nitride film to be deposited.

Die Fig. 13 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Si/N- Zusammensetzungsverhältnis und dem NH&sub3;/SiH&sub4;- Durchsatzverhältnis zeigt.Fig. 13 is a graph showing the relationship between the Si/N composition ratio and the NH3/SiH4 flow rate ratio.

Die Ablagerungsbedingungen für die grafische Darstellung in Fig. 13 waren folgendermaßen gegeben: Die Hochfrequenz-Ausgangsleistung betrug 175 W, die Substrattemperatur war 380ºC und der SiH&sub4;- Gasdurchsatz war auf 300 cc/min festgelegt, während der NH&sub3;-Gasdurchsatz verändert wurde. Wenn das Gasdurchsatzverhältnis NH&sub3;/SiH&sub4; von 4 bis 10 geändert wurde, war gemäß der Auger-Elektrospektroskopie das Zusammensetzungsverhälntis Si/N in dem Siliziumnitridfilm von 1,1 bis 0,58 verändert.The deposition conditions for the graph in Fig. 13 were as follows: the high frequency output power was 175 W, the substrate temperature was 380°C, and the SiH₄ gas flow rate was fixed at 300 cc/min while the NH₃ gas flow rate was varied. When the When the gas flow ratio NH₃/SiH₄ was changed from 4 to 10, the composition ratio Si/N in the silicon nitride film was changed from 1.1 to 0.58 according to Auger electrospectroscopy.

Die Zusammensetzung des Silziumnitridfilmes, der unter den Bedingungen gebildet wurde, daß SiH&sub2;Cl&sub2;- und NH&sub3;-Gase bei einem niedrigen Druck von 0,3 Torr und einer Temperatur von ungefähr 800 ºC verwendet wurden, war gleich derjenigen von Si&sub3;N&sub4; (Si/N 0,75) als stöchiometrisches Verhältnis.The composition of the silicon nitride film formed under the conditions that SiH2Cl2 and NH3 gases were used at a low pressure of 0.3 Torr and a temperature of about 800 °C was equal to that of Si3N4 (Si/N 0.75) as a stoichiometric ratio.

Ein Siliziumnitridfilm, der durch Erwärmen von Si in Ammoniak oder N&sub2; bei einer Temperatur von ungefähr 1200ºC (durch thermische Nitrifikation) hergestellt wird, hat eine einem stöchiometrischen Verhältnis gleichartige Zusammensetzung, da der Film bei einem thermischen Gleichgewichtszustand gebildet wird.A silicon nitride film prepared by heating Si in ammonia or N2 at a temperature of approximately 1200°C (by thermal nitrification) has a composition similar to a stoichiometric ratio since the film is formed at a thermal equilibrium state.

Wenn der Si-Kern mit Siliziurnnitrid als Ablagerungsflächenmaterial gezüchtet wird, welches eine höhere Kernbildungsdichte als Si hat, tritt infolge seines Zusammensetzungsverhältnisses eine Differenz der Kernbildungsdichte auf.When the Si core is grown using silicon nitride as the deposition surface material, which has a higher nucleation density than Si, a difference in nucleation density occurs due to their composition ratio.

Die Fig. 14 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Si/N- Zusammensetzungsverhälntis und der Kernbildungsdichte- zeigt. Wie aus dieser grafischen Darstellung ersichtlich ist, wird bei der Veränderung der Zusammensetzung des Siliziurnnitridfilmes in starkem Ausmaß die Kernbildungsdichte des an dem Siliziumnitridfilm gezüchteten Si verändert. In diesem Fall sind die Kernbildungsbedingungen dadurch gegeben, daß der Druck des SiCl&sub4;-Gases auf 175 Torr verringert wird und das SiCl&sub4; mit dem H&sub2; bei 1000ºC reagiert, wodurch Si entsteht.Fig. 14 is a graph showing the relationship between the Si/N composition ratio and the nucleation density. As can be seen from this graph, when the composition of the silicon nitride film is changed to a large extent, the nucleation density of Si grown on the silicon nitride film is changed. In this case, the nucleation conditions are set by increasing the pressure of the SiCl₄ gas to 175 Torr. is reduced and the SiCl₄ reacts with the H₂ at 1000ºC to form Si.

Die Erscheinung, bei der die Kernbildungsdichte sich durch die Siliziumnitridzusammensetzung verändert, beeinflußt stark das Ausmaß des Musters aus Siliziumnitrid als dasjenige Muster aus heterogenem Material, welches ausreichend fein genug zu formen ist, das Wachsen des einzelnen Kernes zuzulassen. Das heißt, falls nicht das Siliziumnitrid mit einer Zusammensetzung für eine hohe Kernbildungsdichte mit einem feinen Muster versfehen wird, kann kein einzelner Kern gebildet werden.The phenomenon in which the nucleation density changes by the silicon nitride composition greatly affects the extent of the pattern of silicon nitride as the pattern of heterogeneous material which can be formed sufficiently finely enough to allow the growth of the single nucleus. That is, unless the silicon nitride having a composition for high nucleation density is provided with a fine pattern, a single nucleus cannot be formed.

Die Kernbildungsdichte und die optimale Größe des Siliziumnitridmusters für das selektive Bilden des einzelnen Kernes müssen gewählt werden. Bei Ablagerungsbedingungen für das Erzielen einer Kernbildungsdichte von beispielsweise 10&sup5; cm&supmin;² ist das selektive Formen eines einzelnen Kernes durch die Siliziumnitrid-Größe von 4 µm oder weniger ermöglicht.The nucleation density and the optimal size of the silicon nitride pattern for selectively forming the single nucleus must be selected. Under deposition conditions to achieve a nucleation density of, for example, 10⁵ cm⁻², the selective formation of a single nucleus is enabled by the silicon nitride size of 4 µm or less.

(Erzeugen von heterogenem Material durch lonenimplantation)(Creating heterogeneous material by ion implantation)

An der Oberfläche der Schicht aus SiO&sub2; als Ablagerungsflächenmaterial mit geringer Kernbildungsdichte können zum Erzielen einer großen Kernbildungsdifferenz Ionen von Si, N, P, B, F, Ar, He, C, As, Ga, Ge oder dergleichen örtlich implantiert werden, um an der SiO&sub2;-Ablagerungsfläche einen denaturierten Bereich zu erzeugen. Dieser denaturierte Bereich kann als Ablagerungsflächenmaterial mit hoher Kernbildungsdichte dienen.On the surface of the layer of SiO2 as a deposition surface material with a low nucleation density, in order to achieve a large nucleation difference, ions of Si, N, P, B, F, Ar, He, C, As, Ga, Ge or the like may be locally implanted to form a denatured region on the SiO2 deposition surface. This denatured region can serve as a deposition surface material with a high nucleation density.

Beispielsweise wird ein Resist auf die Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht aufgebracht, mit einem erwünschten Maskenmuster belichtet, entwickelt und aufgelöst, um die Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht teilweise freizulegen.For example, a resist is applied to the surface of the SiO2 layer, exposed with a desired mask pattern, developed and dissolved to partially expose the surface of the SiO2 layer.

Darauffolgend wird als Quellengas SiF&sub4;-Gas benutzt und es werden in das SiO&sub2; die Si-Ionen mit einer Dotierung von 1 x 10¹&sup6; bis 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;² bei einer Beschleunigungsspannung von 10 kev implantiert. Der Projektionsbereich ist 11,4 nm. Die Konzentration von Si erreicht an der Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht ungefähr 1022 cm&supmin;³. Der mit den Ionen dotierte Bereich ist amorph.Subsequently, SiF4 gas is used as the source gas and Si ions are implanted into the SiO2 with a doping of 1 x 10¹⁶ to 1 x 10¹⁶ cm⁻² at an accelerating voltage of 10 keV. The projection area is 11.4 nm. The concentration of Si reaches approximately 1022 cm⁻³ on the surface of the SiO2 layer. The area doped with the ions is amorphous.

Zum Formen eines denaturierten Bereiches können die Ionen unter Verwendung eines Resists als Maske implantiert werden. Durch Anwendung der Technik mit einem fokussierten Ionenstrahl kann auf die Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht ein fokussierter Si- Ionenstrahl gerichtet werden, ohne eine Resistmaske zu benutzen. Zum Formen eines denaturierten Bereiches, der eine übermäßige Menge an Si an der SiO&sub2;-Oberfläche enthält, wird nach beendeter lonenimplantation das Resistmuster entfernt. Dann wird an der SiO&sub2;-Ablagerungsfläche mit dem denaturierten Bereich epitaxial Si gezüchtet.To form a denatured region, ions can be implanted using a resist as a mask. By using the focused ion beam technique, a focused Si ion beam can be directed to the surface of the SiO2 layer without using a resist mask. To form a denatured region containing an excessive amount of Si on the SiO2 surface, the resist pattern is removed after ion implantation is completed. Then, Si is epitaxially grown on the SiO2 deposition surface having the denatured region.

Die Fig. 15 ist eine grafische Darstellung, welche die Injektionsmenge an Si-Ionen und die Kernbildungsdichte veranschaulicht.Fig. 15 is a graph showing the injection amount of Si ions and the nucleation density.

Aus der Fig. 15 ist ersichtlich, daß dann, wenn die Dotiermenge von Si&spplus; erhöht wird, sich die Kernbildungsdichte dementsprechend erhöht.It can be seen from Fig. 15 that when the doping amount of Si+ is increased, the nucleation density increases accordingly.

Durch das Ausbilden des ausreichend feinen denaturierten Bereiches kann dieser als heterogenes Material dienen, welches das Wachsen eines einzelnen Kernes zuläßt. Infolgedessen kann auf die vorangehend beschriebene Weise ein Einkristall gezüchtet werden.By forming the sufficiently fine denatured region, it can serve as a heterogeneous material that allows the growth of a single nucleus. As a result, a single crystal can be grown in the manner described above.

Das Formen eines ausreichend feinen denaturierten Bereiches, nämlich das Formen eines Mikromusters kann durch ein Resistmuster oder mit einem fokussierten lonenstrahlenpunkt erzielt werden.Forming a sufficiently fine denatured area, namely forming a micropattern, can be achieved by a resist pattern or with a focused ion beam spot.

(Si-Ablagerungsverfahren mit Ausnahme des chemischen Bedampfens)(Si deposition processes excluding chemical vapor deposition)

Außer dem chemischen Bedampfen für das Formen eines Einkristalls durch Nutzung der Si-Kernbildung kann ein anderes Verfahren angewandt werden, bei dem durch einen Elektronenstrahler in Vakuum ((10-6 Torr) Si verdampft und auf ein erwärmtes Substrat aufgebracht wird. Im einzelnen reagiert bei der Molekularstrahlepitaxie (MBE) für das Ablagern von Si in einem Hochvakuum (< 10&supmin;&sup9; Torr) der Si-Ionenstrahl mit dem SiO&sub2; bei einer Substrattemperatur von 900ºC und es wird an dem SiO&sub2; kein Si-Kern gebildet (T. Yonehara, S. Yoshioka und S. Miyazawa, "Journal- of Applied Physics 53", 10, Seite 6839, 1983).In addition to chemical vapor deposition for forming a single crystal by utilizing Si nucleation, another method can be used in which Si is evaporated by an electron gun in vacuum ((10-6 Torr)) and deposited on a heated substrate. Specifically, in molecular beam epitaxy (MBE) for depositing Si in a high vacuum (< 10-9 Torr), the Si ion beam reacts with the SiO2 at a substrate temperature of 900°C and no Si nucleus is formed on the SiO2 (T. Yonehara, S. Yoshioka and S. Miyazawa, "Journal of Applied Physics 53", 10, p. 6839, 1983).

Durch Nutzung dieser Erscheinung wurden einzelne Si-Kristallkerne in auf dem SiO&sub2; verstreuten Siliziumnitrid-Mikromustern auf perfekte und selektive Weise gebildet und es wurde Einkristall-Si gezüchtet. In diesem Fall waren die Ablagerungsbedingungen die folgenden: Das Vakuum berug 10&supmin;&sup8; Torr oder weniger, die Si-Strahlstärke war 9,7 x 10¹&sup4; Atome/cm²s und die Substrattemperatur war 900ºC bis 1000ºC.By utilizing this phenomenon, single Si crystal nuclei were perfectly and selectively formed in silicon nitride micropatterns scattered on the SiO2, and single crystal Si was grown. In this case, the deposition conditions were as follows: the vacuum was 10-8 Torr or less, the Si beam intensity was 9.7 x 1014 atoms/cm2s, and the substrate temperature was 900°C to 1000°C.

In diesem Fall wurde durch eine Reaktion SiO&sub2; + Si T 2 SiO ein Reaktionsprodukt als SiO mit einem sehr hohen Dampfdruck gebildet. Durch das Si wurde das SiO&sub2; selbst durch diese Verdampfung geätzt.In this case, a reaction SiO₂ + Si T 2 SiO formed a reaction product as SiO with a very high vapor pressure. The Si itself was etched by the Si through this evaporation.

An Siliziumnitrid tritt jedoch kein Ätzen auf und es entstehen die Kembildung und Ablagerung.However, no etching occurs on silicon nitride and nucleation and deposition occur.

Zum Erzielen der gleichen Wirkung wie die vorangehend beschriebene kann außer dem Siliziumnitrid als Ablagerungsflächenmaterial mit hoher Kernbildungsdichte Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;), Stliziumnitrid-Oxid (SiON) oder dergleichen verwendet werden. Diese Materialien können auffeine Weise geformt werden und dienen als heterogenes Material, so daß ein Einkristall mit dem heterogenen Material als Zentrum gezüchtet werden kann.To achieve the same effect as that described above, tantalum oxide (Ta2O5), silicon nitride oxide (SiON) or the like can be used in addition to silicon nitride as a deposition surface material having a high nucleation density. These materials can be finely shaped and serve as a heterogeneous material, so that a single crystal can be grown with the heterogeneous material as a center.

(Züchten von Wolfram-Einkristallen)(Growing tungsten single crystals)

Anstelle von Si wird Wolfram benutzt.Tungsten is used instead of Si.

Auf SiO&sub2; tritt keine Wolfram-Kernbildung auf, aber das Wolfram kann als polykristalliner Film auf Si, WSi&sub2;, PtSi, Al oder dergleichen aufgebracht werden. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen eines Einkristalles kann jedoch der Einkristall auf einfache Weise gezüchtet werden.Tungsten nucleation does not occur on SiO2, but the tungsten can be deposited as a polycrystalline film on Si, WSi2, PtSi, Al or the like. However, according to the method for producing a single crystal of the present invention, the single crystal can be easily grown.

Im einzelnen wird auf Glas, Quarz oder einem thermisch oxidierten Film mit SiO&sub2; als Hauptbestandteil in Vakuum Si, WSi&sub2;, PtSi oder Al abgelagert und durch Fotolithografie mit einem Muster versehen, um ein Mikromuster mit einer Größe von einigen µm oder weniger zu erhalten.Specifically, Si, WSi2, PtSi or Al is vacuum deposited on glass, quartz or a thermally oxidized film containing SiO2 as the main component and patterned by photolithography to obtain a micropattern with a size of several µm or less.

Darauffolgend wird die sich ergebende Struktur in einen auf 250 bis 500ºC erhitzten Reaktionsofen eingelegt. In den Ofen wird mit einem Druck von ungefähr 0,1 bis 10 Torr ein Gasgemisch aus WF&sub6; und H&sub2; eingeleitet. In diesem Fall beträgt der Durchsatz von WF&sub6; 75 cc/min und der Durchsatz von H&sub2; 10 cc/min.Subsequently, the resulting structure is placed in a reaction furnace heated to 250 to 500°C. A gas mixture of WF6 and H2 is introduced into the furnace at a pressure of approximately 0.1 to 10 Torr. In this case, the flow rate of WF6 is 75 cc/min and the flow rate of H2 is 10 cc/min.

Gemäß der Darstellung durch die Reaktionsformel WF&sub6; + 3 H&sub2; T W + 6 HF wird Wolfram erzeugt. In diesem Fall reagiert das Wolfram kaum mit dem SiO&sub2; und es werden zwischen diesen keine starken Bindungen erzeugt. Daher tritt keine Kembildung und demgemäß keine Filmablagerung auf.According to the reaction formula WF₆ + 3 H₂ T W + 6 HF, tungsten is generated. In this case, tungsten hardly reacts with SiO₂ and no strong bonds are formed between them. Therefore, no nucleation and hence no film deposition occurs.

Ein Wolframkern wird auf Si, WSi&sub2;, PtSi oder Al gebildet. In diesem Fall werden nur einzelne Wolframkerne gebildet. An dem SiO&sub2; wächst ein solcher Kern fortgesetzt in der Querrichtung zu einem Einkristallbereich weiter, da das Wolfram nicht dem Kemwachstum unterzogen ist und nicht als Polykristall gezüchtet werden kann.A tungsten core is formed on Si, WSi₂, PtSi or Al. In this case, only single tungsten cores are formed. On the SiO₂, such a core continues to grow in the transverse direction to a single crystal region, since the tungsten is not subject to core growth and cannot be grown as a polycrystal.

Kombinationen aus den Ablagerungsflächenmaterialien, den heterogenen Materialien und den Ablagerungsmaterialien sind nicht auf die bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen dargestellten eingeschränkt. Es kann irgend eine Kombination angewandt werden, falls damit eine ausreichend hohe Kernbildungsdichtedifferenz erzielt werden kann. Erfindungsgemäß kann ein Einkristall mit einem Verbundhalbleiter wie GaAs oder InP gebildet werden, der der selektiven Ablagerung unterzogen wird.Combinations of the deposition surface materials, the heterogeneous materials and the deposition materials are not limited to those shown in the foregoing embodiments. Any combination may be used if a sufficiently high nucleation density difference can be achieved. According to the present invention, a single crystal can be formed with a compound semiconductor such as GaAs or InP subjected to the selective deposition.

In dem Mehrfach-Elektronenemissionselement gemäß dem vorangehend ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die Vielzahl von an der Ablagerungsfläche gebildeten Elektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich jeweils aus einem Einkristall. Es kann die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich verbessert werden. Der Elektronenemissionsbereich als konischer Teilbereich wird mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in übereinstimmung gebracht&sub1; wodurch der Schottky-Effekt und der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden. Außerdem wird die Vielzahl von Elektroden mit jeweils einem konischen Teilbereich auf der Ablagerungsfläche geformt, die aus einem Isoliermaterial besteht, so daß die elektrische Isolierung verbessert werden kann und eine Kopplung zwischen den benachbarten Elektroden verhindert werden kann.In the multiple electron emission element according to the embodiment described in detail above, the plurality of The electrodes each having a tapered portion are formed on the deposition surface made of a single crystal. The conductivity of the electrode having the tapered portion can be improved. The electron emission region as the tapered portion is made to match the crystal surface having a predetermined structure, thereby improving the Schottky effect and the electron emission efficiency. In addition, the plurality of electrodes each having a tapered portion are formed on the deposition surface made of an insulating material, so that the electrical insulation can be improved and coupling between the adjacent electrodes can be prevented.

Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des vorangehend beschriebenen Mehrfach- Elektronenemissionselementes kann der Einkristall auf einem Material abgelagert werden, welches infolge von Kristallinität oder dergleichen herkömmlicherweise das Züchten des Einkristalls daran nicht ermöglichen kann. Der Bereich zum Wählen des Einkristallmaterials kann außerordentlich erweitert werden und es kann eine große Fläche eines Einkristalls erzielt werden. Außerdem können die Elektronenemissionsbereiche gleichförmig und scharf geformt werden, um eine höhere Feldstärke zu erreichen. Es können Schwankungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.According to the method for manufacturing the above-described multiple electron emission element, the single crystal can be deposited on a material which conventionally cannot allow the single crystal to be grown thereon due to crystallinity or the like. The range for selecting the single crystal material can be greatly expanded and a large area of a single crystal can be obtained. In addition, the electron emission regions can be formed uniformly and sharply to achieve a higher field strength. Variations in the triggering drive voltage can be prevented and the electron emission efficiency can be further improved.

Darüber hinaus kann die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage des feinen Musters aus dem heterogenen Material festgelegt werden und beliebig bestimmt werden. Außerdem können die Formen der Vielzahl der Elektroden mit dem jeweiligen konischen Teilbereich durch die Bedingungen wie die Materialien für die Bestandteil- Targets und die Ablagerungsbedingungen bestimmt werden. Die Größe der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann auf einfache Weise gesteuert werden und es können Maßabweichungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Infolgedessen kann die Vielzahl von Elektronenemissionsquellen der Mehrfach- Elektronenemissionselemente gleichförmig in feinen Teilungsabständen ausgebildet werden.In addition, the position of the electrode with the conical portion can be determined by the position of the fine pattern of the heterogeneous material and can be arbitrarily determined. In addition, the shapes of the plurality of electrodes can be determined by the The size of the electrode having the conical portion can be easily controlled and dimensional deviations can be minimized. As a result, the plurality of electron emission sources of the multiple electron emission elements can be uniformly formed at fine pitches.

Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann die Ablagerungsfläche auf einem Unterlagensubstrat aus einem erwünschten Material ausgebildet werden, um dadurch die Zuverlässigkeit des Elementes zu verbessern.According to the method described above, the deposition surface can be formed on a base substrate made of a desired material, to thereby improve the reliability of the element.

Fig. 16A bis 16D sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei dem Herstellen eines Elektronenernissionselernentes nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.Figs. 16A to 16D are schematic partial sectional views for explaining the steps in manufacturing an electron emission element according to another method of the present invention.

Gemäß Fig. 16A wird ein Oxidsubstrat 301 aus SiO&sub2; als amorphes Isoliermaterial der Fotoätzung zum Bilden einer Ausnehmung 302 unterzogen.As shown in Fig. 16A, an oxide substrate 301 made of SiO2 as an amorphous insulating material is subjected to photo-etching to form a recess 302.

Gemäß Fig. 16B wird an der Bodenfläche der Ausnehmung 302 (nämlich einer Ablagerungsfläche) an einer Kernbildungsbasis 303 aus Si, Si&sub3;N&sub4; oder dergleichen ein Einkristall aus Mo, W, Si oder dergleichen mit einem einzelnen Kern als dessen Zentrum gezüchtet. Es wird eine Elektrode 304 mit einem konischen Teilbereich in erwünschter Größe geformt. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient die Bodenfläche der Ausnehmung 302 des Oxidsubstrates 301 als Ablagerungsfläche und die Seitenwandfläche der Ausnehmung 302 dient als isolierendes Teil. Das isolierende Teil kann an der Ablagerungsfläche in einem gesonderten Prozeß mit dem gleichen Material wie dasjenige der Ablagerungsfläche oder mit einem hiervon verschiedenen Material gebildet werden.As shown in Fig. 16B, on the bottom surface of the recess 302 (namely, a deposition surface) on a nucleation base 303 made of Si, Si₃N₄ or the like, a single crystal of Mo, W, Si or the like having a single nucleus as its center is grown. An electrode 304 having a tapered portion of a desired size is formed. A method of forming the single crystal will be described below. In this embodiment, the bottom surface of the recess 302 of the oxide substrate 301 serves as deposition surface and the side wall surface of the recess 302 serves as an insulating part. The insulating part can be formed on the deposition surface in a separate process with the same material as that of the deposition surface or with a different material therefrom.

Gemäß Fig. 16C wird in die Ausnehmung 302 ein Resist eingefüllt und auf dem Resist und dem Oxidsubstrat 301 wird eine Metallschicht 305 wie eine Mo-Schicht gebildet. Außerdem wird ein Fotoresist 306 auf die Metallschicht 305 aufgebracht, und in diesem Fotoätzprozeß belichtet und geätzt, wodurch eine Öffnung 307 gebildet wird.As shown in Fig. 16C, a resist is filled into the recess 302, and a metal layer 305 such as a Mo layer is formed on the resist and the oxide substrate 301. In addition, a photoresist 306 is applied to the metal layer 305, and exposed and etched in this photoetching process, thereby forming an opening 307.

Schließlich wird gemäß Fig. 16D durch Ätzen eine Öffnung in der Metallschicht 305 gebildet und eine als Ableitelektrode dienende Metallschicht 305 geformt. Das Resistrnuster wird entfernt und auf diese Weise ein Elektronenernissionselement fertiggestellt.Finally, as shown in Fig. 16D, an opening is formed in the metal layer 305 by etching and a metal layer 305 serving as a lead electrode is formed. The resist pattern is removed, thus completing an electron emission element.

Bei diesem Verfahren wird die Elektrode mit dem konischen Teilbereich auf dem Oxidsubstrat 301 ausgebildet. Zum Herstellen eines Elektronenernissionselementes auf die vorangehend beschriebene Weise kann jedoch ein Oxidfilm auf einem Unterlagensubstrat ausgebildet werden.In this method, the electrode having the tapered portion is formed on the oxide substrate 301. However, to manufacture an electron emission element in the manner described above, an oxide film may be formed on a base substrate.

Die Fig. 17 ist eine schematische Teilschnittansicht eines nach dem Verfahren gemäß Fig. 16A bis 16D hergestellten Emissionselernentes.Fig. 17 is a schematic partial sectional view of an emission element manufactured by the method according to Figs. 16A to 16D.

Gemäß Fig. 17 wird auf einem Unterlagensubstrat 308 aus Si ein Oxidfilm 301a gebildet und in diesem eine Ausnehmung 302 geformt, wobei dadurch das Elektronenemissionselernent auf dem darunterliegenden Si-Substrat gebildet wird. Die nachfolgenden Schritte sind die gleichen wie diejenigen gemäß Fig. 16B bis 16D und deren Beschreibung wird weggelassen.As shown in Fig. 17, an oxide film 301a is formed on a base substrate 308 made of Si and a recess 302 is formed therein, thereby forming the electron emission element on the underlying Si substrate. The following steps are the same as those shown in Figs. 16B to 16D and their description is omitted.

Die Fig. 18 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Erläutern eines Leitermusters des in Fig. 16A bis 17 dargestellten Elektronenemissionselementes.Fig. 18 is a schematic perspective view for explaining a conductor pattern of the electron emission element shown in Figs. 16A to 17.

Gemäß der Darstellung in Fig. 18 wird in den gemäß Fig. 16A bis 17 hergestellten Elektronenemissionselementen ein Verbindungsanschluß derart ausgebildet, daß an der Bodenfläche der Ausnehmung 302 die Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich ausgebildet wird, in dem Oxidsubstrat oder dem Oxidfilm 301 eine Rille geformt wird und in der Rille eine Leiterschicht 309 gebildet wird. Der Verbindungsanschluß steht mit der Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich in Verbindung. Aus einer Stromquelle 310 wird zwischen die Leiterschicht 309 und die Metallschicht 305 eine Spannung angelegt, um die Elektronenemission hervorzurufen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird während des Prozesses als Ableitelektrode die Metallschicht wie eine Mo-Schicht gebildet. Es kann jedoch nach dem Formen der Rille an das Oxidsubstrat oder den Oxidfilm 301 eine Metallplatte mit einer Öffnung angeklebt werden.As shown in Fig. 18, in the electron emission elements manufactured as shown in Figs. 16A to 17, a connection terminal is formed such that the electrode 304 having the tapered portion is formed on the bottom surface of the recess 302, a groove is formed in the oxide substrate or oxide film 301, and a conductor layer 309 is formed in the groove. The connection terminal is connected to the electrode 304 having the tapered portion. A voltage is applied from a power source 310 between the conductor layer 309 and the metal layer 305 to cause electron emission. In this embodiment, the metal layer such as a Mo layer is formed as a lead electrode during the process. However, a metal plate having an opening may be bonded to the oxide substrate or oxide film 301 after the groove is formed.

Bei dem gemäß Fig. 16A bis 17 beschriebenen Verfahren ist die Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich durch Bedingungen wie das Oxidsubstrat (den Oxidfilm) 301 als Ablagerungsfläche, die Kernbildungsbasis 303, das Material zur Ablagerung und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann unabhängig von den Größen der Ausnehmung 302 und der Öffnung 307 gebildet werden. Daher können Abweichungen der Elektrodenmaße verhindert werden. Die Lage der Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich ist durch die Lage der Kernbildungsbasis 303 bestimmt. Daher kann die Elektrode 304 mit dem konischen Teilbereich an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden.In the method described in Figs. 16A to 17, the electrode 304 having the tapered portion is determined by conditions such as the oxide substrate (oxide film) 301 as a deposition surface, the nucleation base 303, the material for deposition, and the deposition conditions. The electrode having the tapered portion can be formed regardless of the sizes of the recess 302 and the opening 307. Therefore, deviations in the electrode dimensions can be prevented. The position of the electrode 304 having the tapered portion is determined by the position of the core formation base 303. Therefore, the electrode 304 having the tapered portion can be formed at a desired location.

Da der Einkristall mit der Kernbildungsbasis 303 als dessen Zentrum geformt werden kann (dessen Einzelheiten nachfolgend beschrieben werden), ist eine breite Wahl des Materials ohne Berücksichtigung der Kristallinität oder dergleichen zwischen dem Ablagerungsmaterial und der Ablagerungsfläche ermöglicht. Beispielsweise kann abweichend von dem herkömmlichen Fall ein Einkristall auf einem amorphen Substrat ausgebildet werden und es ist auch eine völlige elektrische Isolierung ermöglicht. Es ist ein großflächiger Einkristall sichergestellt. Außerdem können die Elektronenemissionsbereiche als konische Teilbereiche gleichförmig und scharf geformt werden, um eine höhere Feldstärke zu erzielen. Es können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.Since the single crystal can be formed with the nucleation base 303 as its center (the details of which will be described below), a wide choice of material is possible without considering the crystallinity or the like between the deposition material and the deposition surface. For example, unlike the conventional case, a single crystal can be formed on an amorphous substrate and complete electrical insulation is also possible. A large-area single crystal is ensured. In addition, the electron emission regions can be formed as conical portions uniformly and sharply to achieve a higher field strength. Deviations in the triggering operating voltage can be prevented and the electron emission efficiency can be further improved.

Gemäß der Darstellung in Fig. 17 kann die Ablagerungsfläche auf einem darunterliegenden Substrat aus einem erwünschten Material gebildet werden. Beispielsweise kann die Ablagerungsfläche auf einem Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad gebildet und daher die Zuverlässigkeit des Elementes verbessert werden.As shown in Fig. 17, the deposition surface may be formed on an underlying substrate made of a desired material. For example, the deposition surface may be formed on a substrate having a high heat radiation efficiency and therefore the reliability of the element may be improved.

Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich auf einfache Weise hergestellt werden und die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich verbessert werden. Der Elektronenemissionsbereich als konischer Teilbereich kann mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in übereinstimmung gebracht werden. Der Schottky-Effekt und der Wirkungsgrad der Elektronenemission können verbessert werden.According to the method described above, the electrode with the conical portion can be manufactured in a simple manner and the conductivity of the electrode with the conical portion can be improved. The Electron emission region as a conical portion can be made to match the crystal face with a predetermined structure. The Schottky effect and the electron emission efficiency can be improved.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten eines Einkristalls an der Ablagerungsfläche beschrieben.A method for growing a single crystal on the deposition surface is described below.

Zuerst wird die selektive Ablagerung zum selektiven Aufbringen eines Filmes auf die Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Formen eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden von Faktoren der Materialien. Diese Faktoren umfassen die Oberflächenenergie, Ablagerungskoeffiz ienten, Absonderungskoeffiz ienten und Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und bestimmen während des Dünnfilm-Formungsprozesses das Bilden des Kristallkernes.First, selective deposition for selectively depositing a film on the deposition surface is described. Selective deposition is a method for selectively forming a thin film on a substrate by utilizing differences in factors of the materials. These factors include surface energy, deposition coefficients, segregation coefficients, and surface diffusion rates and determine the formation of the crystal nucleus during the thin film forming process.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung kann bei diesem Elektronenemissionselement die Elektrode&sub1; die daran einen konischen Teilbereich hat und die auf der Ablagerungsfläche ausgebildet ist, aus einem Einkristall bestehen. Es kann die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich verbessert werden. Außerdem kann der Elektronenemissionsbereich als konischer Teilbereich mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Schottky-Effekt und der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden.As described above, in this electron emission element, the electrode 1 having a tapered portion thereon and formed on the deposition surface can be made of a single crystal. The conductivity of the electrode having the tapered portion can be improved. In addition, the electron emission region as the tapered portion can be made to match the crystal surface having a predetermined structure, thereby improving the Schottky effect and the electron emission efficiency.

Gemäß dem Verfahren zum Herstellen dieses Elektronenemissionselementes kann anders als bei dem herkömmlichen Fall ein Einkristall an einem Substrat ausgebildet werden, welches infolge der Kristallinität oder dergleichen nicht das Formen des Einkristalls an diesem zuläßt. Daher kann der Bereich zum Wählen des Einkristallmaterials erweitert werden.According to the method for manufacturing this electron emission element, unlike the conventional case, a single crystal can be attached to a substrate which does not allow the single crystal to be formed thereon due to crystallinity or the like. Therefore, the range for selecting the single crystal material can be expanded.

Durch geeignetes Wählen des Materials für das Substrat kann der Einkristall vollständig elektrisch von dem Substrat isoliert werden. Es kann zuverlässig eine große Fläche des Einkristalls erzielt werden. Die Elektronenemissionsbereiche können gleichförmig und scharf geformt werden, um eine höhere Feldstärke, zu erzielen. Daher können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung unterdrückt werden und es kann der Wirkungsgrad der Elektronenemission weiter verbessert werden.By properly selecting the material for the substrate, the single crystal can be completely electrically isolated from the substrate. A large area of the single crystal can be reliably obtained. The electron emission regions can be formed uniformly and sharply to achieve a higher field strength. Therefore, deviations in the triggering operating voltage can be suppressed and the electron emission efficiency can be further improved.

Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage des feinen Musters aus dem heterogenen Material bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich auf genaue Weise an einer gewünschten Stelle ausgebildet werden. Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann durch Bedingungen wie die Materialien der Bestandteil-Targets und die Ablagerungsbedingungen bestimmt werden. Die Größe der Elektrode kann auf einfache Weise gesteuert werden. Es können Maßabweichungen der Elektrode verhindert werden. Infolgedessen kann gleichförmig in feinen Teilungsabständen eine Vielzahl von Elektronenemissionsquellen des Mehrfach- Elektronenemissionselementes ausgebildet werden.Since the position of the electrode having the tapered portion can be determined by the position of the fine pattern of the heterogeneous material, the electrode having the tapered portion can be formed precisely at a desired location. The shape of the electrode having the tapered portion can be determined by conditions such as the materials of the constituent targets and the deposition conditions. The size of the electrode can be easily controlled. Dimensional deviations of the electrode can be prevented. As a result, a plurality of electron emission sources of the multiple electron emission element can be uniformly formed at fine pitches.

Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren kann die Ablagerungsfläche auf einem Unterlagensubstrat aus einem erwünschten Material gebildet werden. Beispielsweise kann die Ablagerungsfläche auf ein Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad aufgebracht und die Zuverlässigkeit des Elementes verbessert werden.According to the method described above, the deposition surface can be formed on a supporting substrate made of a desired material. For example, the deposition surface can be formed on a substrate having a high Heat radiation efficiency can be increased and the reliability of the element can be improved.

Fig. 19A bis 19F sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei dem Herstellen eines Elektronenemissionselementes nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.Figs. 19A to 19F are schematic partial sectional views for explaining the steps in manufacturing an electron emission element according to another method of the present invention.

Gemäß Fig. 19A wird auf einem Substrat 401 aus einem leitenden Material (einschließlich eines Halbleiters) wie Si eine Isolierschicht 402 aus einem isolier enden Material wie SiO&sub2; gebildet.As shown in Fig. 19A, an insulating layer 402 made of an insulating material such as SiO2 is formed on a substrate 401 made of a conductive material (including a semiconductor) such as Si.

Gemäß Fig. 19B wird in der Isolierschicht 402 durch Fotoätzen eine Ausnehmung 403 gebildet.According to Fig. 19B, a recess 403 is formed in the insulating layer 402 by photoetching.

Gemäß Fig. 19C wird in der Bodenfläche der Ausnehmung 403 in der Isolierschicht 402 eine öffnung 404 geformt.According to Fig. 19C, an opening 404 is formed in the bottom surface of the recess 403 in the insulating layer 402.

Gemäß Fig. 19D wird an der Bodenfläche der Ausnehmung 403 in Form eines Mikromusters eine Kernbildungsbasis 405 aus einem heterogenen Material wie Si oder Si&sub3;N&sub4; gebildet.As shown in Fig. 19D, a nucleation base 405 made of a heterogeneous material such as Si or Si3N4 is formed on the bottom surface of the recess 403 in the form of a micropattern.

Gemäß Fig. 19E wird mit einem an der Kernbildungsbasis 405 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum ein Einkristall 406 wie ein Mo-, W- oder Si- Einkristall geformt. Ein Verfahren zum Formen dieses Einkristalls wird nachfolgend beschrieben. Wenn der Einkristall 406 wächst, wird zugleich an dem in der Öffnung 404 freiliegenden Teil des leitenden Materials ein Einkristall 407 gezüchtet.As shown in Fig. 19E, with a single nucleus formed on the nucleation base 405 as a center, a single crystal 406 such as a Mo, W or Si single crystal is formed. A method of forming this single crystal will be described below. When the single crystal 406 grows, a single crystal 407 is simultaneously grown on the portion of the conductive material exposed in the opening 404.

Gemäß Fig. 19F wird der Einkristall 406 gezüchtet und mit dem Einkristall 407 verbunden, wodurch eine Elektrode 408 mit einem konischen Teilbereich gebildet wird.According to Fig. 19F, the single crystal 406 is grown and bonded to the single crystal 407, thereby forming an electrode 408 with a conical portion.

Die Ablagerungskoeffizienten von Einkristallatomen des Materials für den Einkristall 406, des Materials für die Kernbildungsbasis 405, des leitenden Materials des Substrates 401 und des Materials der Isolierschicht 402 sind durch K, L, M und N gegeben. Es muß die folgende Bedingung eingehalten werden:The deposition coefficients of single crystal atoms of the material for the single crystal 406, the material for the nucleation base 405, the conductive material of the substrate 401 and the material of the insulating layer 402 are given by K, L, M and N. The following condition must be satisfied:

K > L > M > NK > L > M > N

Wenn das leitende Material des Substrates 401 ein Material ist, welches der Bedingung L > M genügt, wird der Einkristall 406 mit der Kernbildungsbasis 405 und dann der Einkristall 407 von der Öffnung 404 weg gezüchtet. Der Einkristall 406 kann mit einer konischen Form wachsen, die dem Einkristall eigentümlich. ist. Nachdem der Einkristall 406 mit dem Einkristall 407 verbunden ist, wächst der Einkristall 406 weiter, während die Form des konischen Teilbereiches beibehalten wird.When the conductive material of the substrate 401 is a material satisfying the condition L > M, the single crystal 406 having the nucleation base 405 and then the single crystal 407 are grown away from the opening 404. The single crystal 406 can grow with a conical shape peculiar to the single crystal. After the single crystal 406 is bonded to the single crystal 407, the single crystal 406 continues to grow while maintaining the shape of the conical portion.

Wenn jedoch die Bedingung K > M > L > N gegeben ist und das leitende Material des Substrates 401 ein Material ist, welches der Bedingung L > M genügt, wächst zuerst der Einkristall in der Öffnung 404. Daher ist es schwierig, den Einkristall 406 mit einem konischen Teilbereich zu formen, während dieser auf den in der Kernbildungsbasis 405 gebildeten einzelnen Kern zentriert ist. In diesem Fall muß das Wachsen des Einkristalls 407 unterdrückt werden. Beispielsweise muß die Öffnung 404 ein Loch mit einem sehr kleinen Durchmesser sein und die Dicke der Isolierschicht erhöht werden, um dadurch die Anzahl von Einkristallatomen zu verringern, welche die Oberfläche des freigelegten leitenden Materials erreichen. Alternativ muß die Öffnung 404 mit einem Resist gefüllt werden, bis der Einkristall 406 eine vorbestimmte Größe erreicht. Danach wird der Einkristall 407 gezüchtet.However, when the condition of K > M > L > N is given and the conductive material of the substrate 401 is a material satisfying the condition of L > M, the single crystal in the opening 404 grows first. Therefore, it is difficult to form the single crystal 406 with a conical portion while centering on the single nucleus formed in the nucleation base 405. In this case, the growth of the single crystal 407 must be suppressed. For example, the opening 404 must be a hole with a very small diameter and the thickness of the insulating layer must be increased, thereby reducing the number of single crystal atoms which the surface of the exposed conductive material. Alternatively, the opening 404 must be filled with a resist until the single crystal 406 reaches a predetermined size. Thereafter, the single crystal 407 is grown.

Als letztes wird auf der Isolierschicht 402 eine Elektrodenschicht wie eine Mo-Schicht gebildet und durch Fotolithografie mit einem Muster zum Formen einer Öffnung 410 oberhalb des konischen Teilbereiches der Elektrode 408 versehen und damit eine als Ableitelektrode dienende Elektrodenschicht 409 gebildet, wodurch das Elektronenemissionselement fertiggestellt wird.Finally, an electrode layer such as a Mo layer is formed on the insulating layer 402 and is patterned by photolithography to form an opening 410 above the tapered portion of the electrode 408, thereby forming an electrode layer 409 serving as a lead electrode, thereby completing the electron emission element.

Der an der Oberfläche des leitenden Materials ausgebildete Kristall ist beispielsweise als Einkristall beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist jedoch auch bei einem Polykristall anwendbar.The crystal formed on the surface of the conductive material is described, for example, as a single crystal. However, this embodiment is also applicable to a polycrystal.

In dem nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren hergestellten Elektronenemissionselement ist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die in der Isolierschicht gebildete Öffnung hindurch an die Oberfläche des leitenden Materials angeschlossen. Daher kann die Leiterdichte und somit die Packungsdichte des Elementes erhöht werden und die Zuverlässigkeit des Elementes verbessert werden.In the electron emission element manufactured by the above-described method, the electrode having the conical portion is connected to the surface of the conductive material through the opening formed in the insulating layer. Therefore, the conductor density and thus the packing density of the element can be increased and the reliability of the element can be improved.

Gemäß diesem Verfahren bei diesem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Elektrode mit dem konischen Teilbereich folgendermaßen mit der Oberfläche des leitenden Materials verbunden: Der Kristall wird in der in der Isolierschicht ausgebildeten Öffnung auf die freiliegende Oberfläche des leitenden Materials abgelagert. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus dem Kristall, der auf den in dem feinen Muster aus heterogenem Material gebildeten einzelnen Kern zentriert gewachsen ist, wird mit der Oberfläche des leitenden Materials verbunden. In diesem Fall kann ein zusätzlicher Verbindungsprozeß weggelassen werden und ein einfacher elektrischer Anschluß erleichtert werden.According to this method in this embodiment described above, the electrode with the conical portion is connected to the surface of the conductive material as follows: The crystal is deposited in the opening formed in the insulating layer on the exposed surface of the conductive material. The electrode with the conical portion made of the crystal deposited on the single core grown centered in the fine pattern formed from heterogeneous material is bonded to the surface of the conductive material. In this case, an additional bonding process can be omitted and a simple electrical connection can be facilitated.

Das ausreichend feine Muster aus heterogenem Material hat eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als das Material der Isolierschicht und läßt das Wachsen nur an dem auf der Isolierschicht gebildeten einzelnen Kern zu. Der Einkristall wächst auf dem in dem Muster aus heterogenem Material gebildeten einzelnen Kern zentriert. Gemäß diesem Verfahren ist die Elektrode 408 mit dem konischen Teilbereich durch Bedingungen wie die die Ablagerungsfläche bildende Isolierschicht 402, die Kernbildungsbasis 405, das Ablagerungsmaterial und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode 408 kann unabhängig von den Größen der Ausnehmung 403 und der Öffnung 410 der Elektrodenschicht 409 gebildet werden. Es können Größenabweichungen der Elektrode 408 unterdrückt werden. Die Lage der Elektrode 408 mit dem konischen Teilbereich ist durch die Lage der Kernbildungsbasis 405 bestimmt und daher kann die Lage der Elektrode 408 auf beliebige Weise mit hoher Genauigkeit festgelegt werden. Infolgedessen kann die Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen des Mehrfach- Elektronenemissionselernentes gleichförmig in feinen Teilungsabständen festgelegt werden.The sufficiently fine heterogeneous material pattern has a sufficiently higher nucleation density than the material of the insulating layer and allows growth only on the single nucleus formed on the insulating layer. The single crystal grows centered on the single nucleus formed in the heterogeneous material pattern. According to this method, the electrode 408 having the conical portion is determined by conditions such as the insulating layer 402 forming the deposition surface, the nucleation base 405, the deposition material, and the deposition conditions. The electrode 408 can be formed regardless of the sizes of the recess 403 and the opening 410 of the electrode layer 409. Size variations of the electrode 408 can be suppressed. The position of the electrode 408 having the tapered portion is determined by the position of the nucleation base 405, and therefore the position of the electrode 408 can be arbitrarily set with high accuracy. As a result, the plurality of electron emission outlets of the multiple electron emission element can be uniformly set at fine pitches.

Die konischen Teilbereiche als Elektronenemissionsbereiche können gleichförmig und scharf geformt werden, um eine hohe Feldstärke zu erreichen. Damit können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung unterdrückt werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann weiter verbessert werden.The conical sections as electron emission areas can be shaped uniformly and sharply to achieve a high field strength. This can suppress deviations in the triggering operating voltage and The efficiency of electron emission can be further improved.

Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf der Isolierschicht abgelagert werden, welche üblicherweise infolge von Kristallinität oder dergleichen nicht das Formen des Einkristalls daran zuläßt. Die elektrische Isolierung kann erheblich verstärkt werden und es kann eine große Fläche des Einkristalls gewährleistet werden. Die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann verbessert werden und der konische Teilbereich als Elektronenemissionsbereich kann mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Schottky-Effekt und der Elektronenemissionswirkungsgrad verbessert werden.Unlike the conventional case, the single crystal can be deposited on the insulating layer which usually does not allow the single crystal to be formed thereon due to crystallinity or the like. The electrical insulation can be greatly enhanced and a large area of the single crystal can be ensured. The conductivity of the electrode having the tapered portion can be improved and the tapered portion as the electron emission portion can be made to coincide with the crystal surface having a predetermined structure, thereby improving the Schottky effect and the electron emission efficiency.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Formen dieses Einkristalls auf der Isolierschicht beschrieben.A method for forming this single crystal on the insulating layer is described below.

Es wird nachstehend die selektive Ablagerung für das selektive Formen eines Filmes auf einer Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Bilden eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Diese Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absonderungskoeffizienten und die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und bestimmen die Kembildung während der Dünnfilmformung.Selective deposition is described below for selectively forming a film on a deposition surface. Selective deposition is a method for selectively forming a thin film on a substrate by utilizing differences in factors of materials. These factors are surface energy, deposition coefficients, segregation coefficients and surface diffusion rates and determine nucleation during thin film formation.

In dem Elektronenemissionselement gemäß der vorangehenden Beschreibung ist die Elektrode mit dem konischen Teilbereich elektrisch durch die in der Isolierschicht ausgebildete Öffnung hindurch mit der Oberfläche des leitenden Materials verbunden. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann elektrisch von dem Substrat isoliert sein und es können die Leitungsdichte und die Verbindungsverläßlichkeit verbessert werden.In the electron emission element according to the foregoing description, the electrode having the conical portion is electrically connected to the surface of the conductive material. The electrode with the conical portion can be electrically insulated from the substrate and the line density and connection reliability can be improved.

Gemäß den Verfahren zum Herstellen des vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselementes kann die Elektrode mit dem konischen Einkristall-Teilbereich folgendermaßen elektrisch mit der Oberfläche des leitenden Materials verbunden werden: Der Einkristall wird auf der Oberfläche des leitenden Materials abgelagert, die in der in der Isolierschicht ausgebildeten öffnung freigelegt ist, und wird auf den einzelnen Kern zentriert gezüchtet, der in dem feinen Muster aus heterogenem Materials gebildet ist. Daher kann die elektrische Verbindung zwischen der Elektrode mit dem konischen Teilbereich und der Oberfläche des leitenden Materials durch einen einfachen Prozeß hergestellt werden.According to the methods for manufacturing the electron emission element described above, the electrode having the conical single crystal portion can be electrically connected to the surface of the conductive material as follows: The single crystal is deposited on the surface of the conductive material exposed in the opening formed in the insulating layer and is grown centered on the single core formed in the fine pattern of heterogeneous material. Therefore, the electrical connection between the electrode having the conical portion and the surface of the conductive material can be established by a simple process.

Die Fig. 20 ist eine schematische Teilschnittansicht zum Beschreiben eines erfindungsgemäßen Elektronenemissionselementes.Fig. 20 is a schematic partial sectional view for describing an electron emission element according to the present invention.

Fig. 21 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnittes A eines hochohmigen Filmes nach Fig. 20.Fig. 21 is an enlarged sectional view of a portion A of a high-resistance film of Fig. 20.

Gemäß der Darstellung in Fig. 20 und 21 ist auf einem Oxidsubstrat 501, welches aus einem Isoliermaterial wie SiO&sub2; besteht, eine Vielzahl von Kernbildungsbasen 506 aus einem heterogenen Material wie Si oder Si&sub3;N&sub4; gebildet. Auf die in den Kernbildungsbasen 506 jeweils gebildeten einzelnen Kerne zentriert werden Einkristallzonen aus Mo, W, Si oder dergleichen gezüchtet. Damit wird eine Vielzahl von hochohmigen Filmen 503 mit konischen Teilbereichen 507 aus einem Einkristall in einer erwünschten Größe gebildet. Die konischen Teilbereiche 507 der hochohmigen Filme 503 dienen jeweils als Elektronenemissionsbereiche. Anders als gemäß Fig. 21 müssen die Kernbildungsbasen 506 nicht in gleichen Abständen ausgebildet sein und können zufallsverteilt gebildet sein. Falls jedoch die Basen 506 in gleichen Abständen gebildet werden, können die Vorsprünge der hochohmigen Filme 503 im wesentlichen gleichförmig sein. Ein Verfahren zum Formen der Einkristallzonen wird nachfolgend beschrieben. An beiden Enden der hochohmigen Filme 503 werden Elektroden 502a und 502b ausgebildet. Auf den Elektroden 502 und dem Oxidsubstrat 501 wird eine Isolierschicht 504 derart gebildet, daß an der den hochohmigen Filmen 503 entsprechenden Stelle eine Öffnung geformt ist. Auf die Isolierschicht wird eine Ableitelektrqde 505 aufgebracht.As shown in Fig. 20 and 21, a plurality of nucleation bases 506 made of a heterogeneous material such as Si or Si₃N₄ are formed on an oxide substrate 501 made of an insulating material such as SiO₂. Single crystal zones made of Mo, W, Si or the like. Thus, a plurality of high-resistance films 503 having tapered portions 507 are formed from a single crystal in a desired size. The tapered portions 507 of the high-resistance films 503 each serve as electron emission regions. Unlike in Fig. 21, the nucleation bases 506 need not be formed at equal intervals and may be formed randomly. However, if the bases 506 are formed at equal intervals, the projections of the high-resistance films 503 may be substantially uniform. A method of forming the single crystal regions will be described below. Electrodes 502a and 502b are formed at both ends of the high-resistance films 503. An insulating layer 504 is formed on the electrodes 502 and the oxide substrate 501 so that an opening is formed at the position corresponding to the high-resistance films 503. A discharge electrode 505 is applied to the insulating layer.

In den Elektronenernissionsauslaß oberhalb der jeweiligen hochohmigen Filme 503 wird ein Resist eingefüllt und auf dem Resistmuster sowie dem Isolierfilm wird eine Metallschicht wie eine Mo- Schicht gebildet. Durch Fotoätzung wird in der Metallschicht eine Öffnung gebildet, die den jeweiligen hochohmigen Filmen 503 entspricht. Dann wird das Resistmuster entfernt, um das Elektronenemissionselement fertigzustellen.A resist is filled in the electron emission outlet above the respective high-resistance films 503, and a metal layer such as a Mo layer is formed on the resist pattern and the insulating film. An opening corresponding to the respective high-resistance films 503 is formed in the metal layer by photoetching. Then, the resist pattern is removed to complete the electron emission element.

Bei dem Verfahren zum Herstellen dieses Elementes wird die Vielzahl von hochohmigen Filmen 503 mit jeweils dem konischen Teilbereich 507 auf dem Oxidsubstrat 501 ausgebildet. Es kann jedoch auf einem Unterlagensubstrat ein Oxidfilm ausgebildet werden und auf diesen der hochohmige Film 503 aufgebracht werdenIn the method of manufacturing this element, the plurality of high-resistance films 503 each having the tapered portion 507 are formed on the oxide substrate 501. However, an oxide film may be formed on a base substrate and the high-resistance film 503 is applied to it

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Ableitelektrode 505 bei dem Formen der Metalischicht wie der Mo-Schicht gebildet. Es kann jedoch nach dem Bilden der Isolierschicht 504 eine Metallplatte mit einer Öffnung angeklebt werden, die dem jeweiligen konischen Teilbereich 507 entspricht.In this embodiment, the lead electrode 505 is formed during the formation of the metal layer such as the Mo layer. However, after the formation of the insulating layer 504, a metal plate having an opening corresponding to the respective conical portion 507 may be bonded.

Bei dem Elektronenernissionselement gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Bedingungen für das Formen des Einkristalls des hochohmigen Filmes durch die Bedingungen des die Ablagerungsfläche bildenden Oxidsubstrats 501, der Kernbildungsbasis 506, des Materials zum Ablagern des Einkristalls und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Für die in den entsprechenden Kernbildungsbasen 506 gewachsenen einzelnen Kerne sind identische Bedingungen gewährleistet. Daher können Maßabweichungen des hochohmigen Filmes verhindert werden. Die Lage eines jeden konischen Teilbereiches ist durch die Lage der entsprechenden Kernbildungsbasis 506 bestimmt. Daher kann der konische Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer gewünschten Stelle gebildet werden.In the electron emission element according to this embodiment, the conditions for forming the single crystal of the high-resistance film are determined by the conditions of the oxide substrate 501 forming the deposition surface, the nucleation base 506, the material for depositing the single crystal, and the deposition conditions. Identical conditions are ensured for the individual nuclei grown in the respective nucleation bases 506. Therefore, dimensional deviations of the high-resistance film can be prevented. The position of each tapered portion is determined by the position of the corresponding nucleation base 506. Therefore, the tapered portion can be formed at a desired location with high accuracy.

Die Einkristallzone kann unter Zentrierung auf die entsprechende Kernbildungsbasis 506 gezüchtet werden (was nachfolgend in Einzelheiten beschrieben wird). Es ist eine breite Wahl des Materials ohne Berücksichtigung der Kristallinität oder dergleichen zwischen dem Ablagerungsmaterial und der Ablagerungsfläche ermöglicht. Beispielsweise kann ein Einkristall auf einem amorphen Substrat gebildet werden, welches kaum das Züchten des Einkristalls daran zuläßt. Es kann zuverlässig eine große Fläche des Einkristalls erzielt werden.The single crystal region can be grown centering on the corresponding nucleation base 506 (which will be described in detail below). A wide selection of the material is allowed without considering the crystallinity or the like between the deposition material and the deposition surface. For example, a single crystal can be formed on an amorphous substrate which hardly allows the single crystal to be grown thereon. A large area of the single crystal can be reliably obtained.

Außerdem kann der Film mit einer dem Einkristall eigentümlichen konischen Form hergestellt werden. Die Elektronenemissionsbereiche können gleichförmig und scharf gestaltet werden, um eine höhere Feldstärke zu erzielen. Damit können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung unterdrückt werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann verbessert werden. Der konische Teilbereich als Elektronenemissionsbereich känn mit der Kristallfläche mit einer vorbestimmten Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, um den Schottky- Effekt und den Elektronenemissionswirkungsgrad zu verbessern.In addition, the film can be made to have a tapered shape peculiar to the single crystal. The electron emission regions can be made uniform and sharp to obtain a higher field strength. Thus, deviations in the triggering operating voltage can be suppressed and the electron emission efficiency can be improved. The tapered portion as the electron emission region can be made to match the crystal surface with a predetermined structure to improve the Schottky effect and the electron emission efficiency.

Dieses Element kann in dem herk-mmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß hergestellt werden und es kann mit einfachen Herstellungsschritten eine hohe Packungsdichte erzielt werden.This element can be manufactured in the conventional semiconductor manufacturing process and a high packing density can be achieved with simple manufacturing steps.

Wenn die Ableitelektrode auf dem hochohmigen Film ausgebildet wird, kann die Feldstärke erhöht und der Elektronenernissionswirkungsgrad verbessert werden.If the collector electrode is formed on the high-resistance film, the field strength can be increased and the electron emission efficiency can be improved.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Formen eines Einkristalls auf der Ablagerungsfläche beschrieben.A method for forming a single crystal on the deposition surface is described below.

Nachstehend wird die selektive Ablagerung für das selektive Formen eines Filmes auf einer Ablagerungsfläche erläutert. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Formen eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden zwischen den Faktoren der Materialien. Diese Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absonderungskoeffizienten und die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und bestimmen während des Formens des Dünnfilmes die Kernbildung.Selective deposition is explained below for selectively forming a film on a deposition surface. Selective deposition is a method for selectively forming a thin film on a substrate by utilizing differences between factors of materials. These factors are surface energy, deposition coefficients, segregation coefficients and Surface diffusion rates and determine nucleation during thin film forming.

Fig. 22A bis 22C sind Darstellungen zum Erläutern eines Verfahrens zum Formen eines Einkristalls und Fig. 23A und 23B sind jeweils eine perspektivische Ansicht des Substrates nach Fig. 22A bzw. 22C.Figs. 22A to 22C are illustrations for explaining a method of forming a single crystal, and Figs. 23A and 23B are a perspective view of the substrate of Figs. 22A and 22C, respectively.

Gemäß Fig. 22A und 23A wird auf ein amorphes isolierendes Substrat 511 ein Dünnfilm aus einem heterogenen Material mit einer höheren Kernbildungsdichte als das Substrat aufgebracht und mit einem Muster versehen, um in dem Mikromuster aus dem heterogenen Material Zonen 512 zu erhalten, die voneinander um eine Strecke 1 beabstandet sind. Die Zonen 512 des heterogenen Materials enthalten jeweils eine denaturierte Zone, die eine übermäßige Menge an Si und N enthält und die durch Implantieren von Si und N-Ionen in das amorphe isolierende Substrat 511 gebildet ist.22A and 23A, a thin film of a heterogeneous material having a higher nucleation density than the substrate is deposited on an amorphous insulating substrate 511 and patterned to obtain regions 512 in the micropattern of the heterogeneous material spaced apart by a distance 1. The regions 512 of the heterogeneous material each include a denatured region containing an excessive amount of Si and N and formed by implanting Si and N ions into the amorphous insulating substrate 511.

Entsprechend den geeigneten Ablagerungsbedingungen werden einzelne Kerne eines Dünnfilmmaterials jeweils nur in den Zonen 512 des heterogenen Materials gebildet. Eine jede Zone 512 des heterogenen Materials muß mit einem Mikromuster geformt sein, welches fein genug ist, das Formen von nur einem einzigen Kern zuzulassen. Die Mustergröße der Zone 512 des heterogenen Materials ändert sich in Abhängigkeit von den Arten der Materialien, fällt aber in den Bereich von einigen µm. Der Kristallkern wird unter Beibehaltung der Einkristallstruktur gezüchtet und es werden Einkristallinseln 513 gemäß Fig. 22B gebildet. Zum Formen der Inseln 513 müssen die Ablagerungsbedingungen derart bestimmt werden, daß an dem amorphen isolierenden Substrat 511 keine Kernbildungsreaktionen auftreten.According to the appropriate deposition conditions, individual nuclei of a thin film material are formed only in the heterogeneous material zones 512. Each heterogeneous material zone 512 must be formed with a micropattern fine enough to allow the formation of only a single nucleus. The pattern size of the heterogeneous material zone 512 varies depending on the types of materials, but falls within the range of several µm. The crystal nucleus is grown while maintaining the single crystal structure and single crystal islands 513 are formed as shown in Fig. 22B. To form the islands 513, the deposition conditions must be determined such that that no nucleation reactions occur on the amorphous insulating substrate 511.

Die Kristallorientierung einer jeden Insel 513 entlang einer zu der Substratoberfläche senkrechten Richtung ist derart bestimmt, daß die Energie an einer Grenzfläche zwischen dem Material des Substrates 511 und dem Dünnfilmmaterial minimal ist, da durch die Kristallfläche die Oberflächen- oder Grenzflächenenergie anisotrop ist. Gemäß der vorangehenden Beschreibung ist jedoch die Kristallorientierung innerhalb der Oberfläche &es amorphen Substrats nicht festgelegt.The crystal orientation of each island 513 along a direction perpendicular to the substrate surface is determined such that the energy at an interface between the material of the substrate 511 and the thin film material is minimal, since the crystal face makes the surface or interface energy anisotropic. However, as described above, the crystal orientation within the surface of the amorphous substrate is not fixed.

Die Einkristallinseln 513 werden unter Zentrierung auf die entsprechenden Zonen 512 des heterogenen Materials gezüchtet, während die Einkristallstruktur aufrechterhalten wird. Gemäß der Darstellung in Fig. 22C werden die benachbarten Einkristallinseln 513 miteinander in Ber;ihrung gebracht. Da die Kristallorientierung in der Substratoberfläche nicht festgelegt ist, entsteht an der Stelle zwischen den Zonen 512 des heterogenen Materials eine Kristallgrenzfläche 515.The single crystal islands 513 are grown centering on the corresponding zones 512 of the heterogeneous material while maintaining the single crystal structure. As shown in Fig. 22C, the adjacent single crystal islands 513 are brought into contact with each other. Since the crystal orientation in the substrate surface is not fixed, a crystal interface 515 is formed at the location between the zones 512 of the heterogeneous material.

Die Einkristallinseln 513 wachsen dreidimensional und die Kristalifläche mit geringer Wachstumsgeschwindigkeit tritt als Facette in Erscheinung, wodurch Einkristallzonen 514 mit jeweils einem konischen Teilbereich entstehen. Die Größe einer jeden Einkristallzone 514 ist durch den Abstand 1 zwischen den Zonen 512 des heterogenen Materials bestimmt. Durch geeignetes Festlegen des Formungsrnusters der Zonen 512 des heterogenen Materials kann die Lage der Grenzfläche gesteuert werden. Daher k4nnen Einkristallzonen mit einer vorbestimmten Größe auf erwünschte Weise ausgerichtet werden.The single crystal islands 513 grow three-dimensionally and the crystal surface with a low growth rate appears as a facet, whereby single crystal zones 514 are formed, each with a conical sub-area. The size of each single crystal zone 514 is determined by the distance 1 between the zones 512 of the heterogeneous material. By appropriately determining the formation pattern of the zones 512 of the heterogeneous material, the position of the interface can be controlled. Therefore, single crystal zones with a predetermined size and aligned in the desired manner.

Fig. 24A bis 24C sind Darstellungen zum Erläutern eines anderen Verfahrens für das Formen eines Einkristalis.Figs. 24A to 24C are illustrations for explaining another method for forming a single crystal.

Gemäß der Darstellung in Fig. 24A bis 24C wird auf einem erwünschten Substrat 516 ein Dünnfilm 511 aus einem Material gebildet, welches zum Ermöglichen der selektiven Ablagerung eine geringere Kernbildungsdichte hat als das Substrat. An dem Substrat 516 werden die Zonen 512 des heterogenen Materials um eine Strecke 1 voneinander beabstandet gebildet. Auf gleiche Weise wie gemäß Fig. 22A bis 22C werden die Einkristallzonen 514 gebildet.As shown in Figs. 24A to 24C, a thin film 511 is formed on a desired substrate 516 from a material having a lower nucleation density than the substrate to enable selective deposition. On the substrate 516, the zones 512 of the heterogeneous material are formed spaced apart by a distance 1. In the same manner as in Figs. 22A to 22C, the single crystal zones 514 are formed.

Gemäß der vorangehenden ausführlichen Beschreibung sind bei dem Elektronenemissionselement gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Bedingungen für das Formen des Einkristalls des hochohmigen Filmes durch Bedingungen wie das Substrat oder den Isolierfilm als Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material zum Ablagern des Einkristalis und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die konischen Teilbereiche können unter Zentrierung auf die in den Zonen des heterogenen Materials gewachsenen entsprechenden einzelnen Kristallkerne unter identischen Bedingungen geformt werden. Damit können Abweichungen hinsichtlich der Größen der konischen Teilbereiche verhindert werden. Die Lage des konischen Teilbereiches kann durch die Lage der Zone des heterogenen Materials festgelegt werden. Daher kann der konische Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle gebildet werden.As described in detail above, in the electron emission element according to this embodiment, the conditions for forming the single crystal of the high-resistance film are determined by conditions such as the substrate or the insulating film as a deposition surface, the heterogeneous material, the material for depositing the single crystal, and the deposition conditions. The tapered portions can be formed under identical conditions centering on the corresponding single crystal nuclei grown in the heterogeneous material regions. Thus, deviations in the sizes of the tapered portions can be prevented. The position of the tapered portion can be determined by the position of the heterogeneous material region. Therefore, the tapered portion can be formed at a desired location with high accuracy.

Da die Einkristallzone auf einfache Weise unter Zentrierung auf die entsprechende Zone des heterogenen Materials gebildet werden kann, ist ein weiter Bereich zum Wählen des Materials ohne Berücksichtigung der Kristallinität oder dergleichen zwischen dem Ablagerungsmaterial und der Ablagerungsfläche ermöglicht. Es kann ein Einkristall auf einem amorphen Substrat gebildet werden, an dem selten das Formen des Einkristalls ermöglicht ist. Es kann zuverlässig eine große Fläche des Einkristalls erzielt werden.Since the single crystal region can be easily formed centering on the corresponding region of the heterogeneous material, a wide range for selecting the material is enabled without considering the crystallinity or the like between the deposition material and the deposition surface. A single crystal can be formed on an amorphous substrate where the formation of the single crystal is rarely possible. A large area of the single crystal can be reliably obtained.

Außerdem kann die Einkristallzone mit einer dem Einkristall eigentümlichen konischen Form gebildet werden. Der Elektronenemissionsbereich kann einförmig und scharf geformt werden. Damit können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung unterdrückt werden und es kann der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden. Der konische Teilbereich als Elektronenemissionsbereich kann mit der Kristallfläche mit vorbestimmter Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, wodurch der Schottky-Effekt und der Elektronenemissionswirkungsgrad verbessert werden.In addition, the single crystal region can be formed with a conical shape peculiar to the single crystal. The electron emission region can be formed uniformly and sharply. Thus, deviations in the triggering operating voltage can be suppressed and the electron emission efficiency can be improved. The conical portion as the electron emission region can be made to coincide with the crystal facet having a predetermined structure, thereby improving the Schottky effect and the electron emission efficiency.

Dadas Elektronenemissionselement in einem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß hergestellt werden kann, kann durch einen einfachen Herstellungsprozeß eine hohe Packungsdichte erzielt werden.Since the electron emission element can be manufactured in a conventional semiconductor manufacturing process, a high packing density can be achieved by a simple manufacturing process.

Wenn auf dem hochohmigen Film eine Ableitelektrode ausgebildet wird, kann die Feldstärke erhöht und der Elektronenemissionswirkungsgrad verbessert werden.If a lead electrode is formed on the high-resistance film, the field strength can be increased and the electron emission efficiency can be improved.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Ablagerungsfläche auf einem Unterlagensubstrat aus einem erwünschten Material gebildet werden. Zum Beispiel kann die Ablagerungsfläche auf ein Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad aufgebracht werden und die Zuverlässigkeit des Elementes verbessert werden.In this embodiment, the deposition surface can be formed on a base substrate made of a desired material. For example, the deposition surface can be formed on a substrate having a high heat radiation efficiency and the reliability of the element can be improved.

Die Fig. 25 ist eine schematische Darstellung einer ersten Elektronenemissionsvorrichtung gemäß einem anderen weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.Fig. 25 is a schematic representation of a first electron emission device according to another further method of the invention.

Gemäß Fig. 25 wird auf eine Ablagerungsfläche eines Oxidsubstrates 602, das aus einem amorphen Material wie SiO&sub2; besteht, eine Kernbildungsbasis 603 aus Si oder Si&sub3;N&sub4; gebildet. Auf einen in der Kernbildungsbasis 603 gebildeten einzelnen Kern zentriert wird ein Einkristall aus Mo, W, Si oder dergleichen gezüchtet, wodurch in einer erwünschten Größe eine Elektronenemissionselektrode 604 mit einem konischen Teilbereich geformt wird. Im allgemeinen ist es schwierig, einen Einkristall auf einem Isoliermaterial zu formen, aber diese Formung kann nach einem nachfolgend beschriebenen Verfahren eruelt werden.As shown in Fig. 25, a nucleation base 603 made of Si or Si3N4 is formed on a deposition surface of an oxide substrate 602 made of an amorphous material such as SiO2. A single crystal made of Mo, W, Si or the like is grown centered on a single core formed in the nucleation base 603, thereby forming an electron emission electrode 604 having a tapered portion in a desired size. In general, it is difficult to form a single crystal on an insulating material, but this formation can be achieved by a method described below.

Auf der unteren Fläche des aus einem isolierenden Material bestehenden Oxidsubstrates 602 wird eine Spannungsanlegeelektrode 601 gebildet. Die Spannungsanlegeelektrode 601 wird.der Elektronenemissionselektrode 604 gegenübergesetzt.A voltage application electrode 601 is formed on the lower surface of the oxide substrate 602 made of an insulating material. The voltage application electrode 601 is opposed to the electron emission electrode 604.

Oberhalb der Elektronenemissionselektrode 604 wird eine Ableitelektrode 607 gebildet, welche die Feldstärke an dem konischen Teilbereich erhöht und als Ladungszuführvorrichtung dient. Die Ableitelektrode 607 wird derart gebildet, daß auf das Oxidsubstrat 602 eine Isolierschicht mit einer dem elektronenemissionsbereich der Elektronenemissionselektrode 604 entsprechenden Öffnung aufgebracht wird und an der Isolierschicht eine Metaliplatte mit einer dementsprechenden Öffnung angebracht wird.Above the electron emission electrode 604, a discharge electrode 607 is formed, which increases the field strength at the conical portion and serves as a charge supply device. The discharge electrode 607 is formed in such a way that an insulating layer with a thickness corresponding to the electron emission region of the electron emission electrode 604 is applied and a metal plate with a corresponding opening is attached to the insulating layer.

Oberhalb der Ableitelektrode 607 wird ein Target 605 angebracht, welches mit den von der Emissiönselektrode abgegebenen Elektronen zu bestrahlen ist. Eine Stromquelle 606 wird derart zwischen das Target 605 und die Spannungsanlegeelektrode 601 geschaltet, daß das Potential an dem Target 605 höher ist als dasjenige der Elektrode 601. Das Ein- und Ausschalten der Stromquelle 606 wird mit einer Schaltvorrichtung 611 gesteuertA target 605 is placed above the collector electrode 607 and is to be irradiated with the electrons emitted by the emission electrode. A current source 606 is connected between the target 605 and the voltage application electrode 601 in such a way that the potential at the target 605 is higher than that of the electrode 601. The switching on and off of the current source 606 is controlled by a switching device 611.

Zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektrode 601 werden parallel zueinander Stromquellen 608 und 609 geschaltet. Die Stromquelle 608 wird derart geschaltet, daß das Potential der Ableitelektrode 607 höher ist als dasjenige der Spannungsanlegeelektrode 601. Die Stromquelle 609 wird derart geschaltet, daß das Potential der Spannungsanlegeelektrode 601 höher ist als dasjenige der Ableitelektrode 607. Die Stromquellen 608 und 609 werden mit einer Schaltvorrichtung 610 geschaltet.Current sources 608 and 609 are connected in parallel between the lead electrode 607 and the voltage application electrode 601. The current source 608 is connected such that the potential of the lead electrode 607 is higher than that of the voltage application electrode 601. The current source 609 is connected such that the potential of the voltage application electrode 601 is higher than that of the lead electrode 607. The current sources 608 and 609 are switched with a switching device 610.

Nachstehend wird die Funktion der Elektronenemissionsvorrichtung mit dieser Anordnung beschrieben.The operation of the electron emission device with this arrangement is described below.

Mit der Schaltvorrichtung 611 wird die Stromquelle 606 zum Anlegen einer Spannung zwischen das Target 605 und die Spannungsanlegeelektrode 601 eingeschaltet. Mit der Schaltvorrichtung 610 wird die Stromquelle 608 zum Anlegen einer Spannung zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektrode 601 eingeschaltet. Damit werden Potentialdifferenzen zwischen der Elektronenemissionselektrode 604, dem Target 605 und der Ableitelektrode 607 erzeugt. Von der Elektronenemissionselektrode 604 werden Elektronen abgegeben (Elektronenemission). In diesem Fall ist der Elektronenemissionsbereich hauptsächlich ein konischer Teilbereich der Elektronenernissionselektrode 604, der eine hohe Feldstärke hat. Durch diese Elektronenemission sammeln sich positive Ladungen an der Elektronenemissionselektrode 604 und die Feldstärke wird verringert. Die Elektronenemissionsmenge wird verringert und letztlich werden nicht länger Elektronen abgegeben.The switching device 611 is used to switch on the power source 606 for applying a voltage between the target 605 and the voltage application electrode 601. The switching device 610 is used to Power source 608 is switched on to apply a voltage between the lead electrode 607 and the voltage application electrode 601. This generates potential differences between the electron emission electrode 604, the target 605 and the lead electrode 607. Electrons are emitted from the electron emission electrode 604 (electron emission). In this case, the electron emission region is mainly a conical portion of the electron emission electrode 604, which has a high field strength. Due to this electron emission, positive charges accumulate on the electron emission electrode 604 and the field strength is reduced. The amount of electron emission is reduced and ultimately electrons are no longer emitted.

Mit der Schaltvorrichtung 610 wird die Stromquelle 609 zum Anlegen einer Gegenspannung (Entladespannung) zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektrode 601 eingeschaltet. Zugleich wird durch die Schaltvorrichtung 611 die an das Target 605 angelegte Spannung auf 0 V geschaltet. Von der Ableitelektrode 607 werden Elektronen zu der Elektronenemissionselektrode 604 hin abgegeben. Die abgegebenen Elektronen verbinden sich mit den an der Elektronenernissionselektrode 604 gesammelten positiven Ladungen, um die positive Ladung aufzuheben. Daher kann die Elektronenemissionselektrode 604 wieder Elektronen abgeben (Entladevorgang).The switching device 610 is used to switch on the power source 609 to apply a counter voltage (discharge voltage) between the discharge electrode 607 and the voltage application electrode 601. At the same time, the switching device 611 switches the voltage applied to the target 605 to 0 V. Electrons are emitted from the discharge electrode 607 to the electron emission electrode 604. The emitted electrons combine with the positive charges collected on the electron emission electrode 604 to cancel the positive charge. Therefore, the electron emission electrode 604 can emit electrons again (discharge process).

Für das Abgeben von Elektronen werden diese Elektronenemission und dieser Entladevorgang wiederholt.To release electrons, this electron emission and discharge process is repeated.

Die Fig. 26 ist eine Äquivalenzschaltbild der in Fig. 25 dargestellten Vorrichtung bei der Elektronenemiss ion.Fig. 26 is an equivalent circuit diagram of the device shown in Fig. 25 during electron emission.

Ein Widerstand 612 gemäß Fig. 26 ist äquivalent zu dem Widerstand zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604. Ein Widerstand 613 ist äquivalent zu dem Widerstand der Elektronenemissionselektrode 604. Eine Kapazität 614 ist äquivalent zu der Kapazität der Elektronenemissionselektrode 604, des Oxidsubstrates 602 und der Spannungsanlegeelektrode 601. Eine Stromquelle 615 ist äquivalent zu der Stromquelle 606 für das Anlegen einer Spannung zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601 und das Target 605 und zu der Stromquelle 608 für das Anlegen einer Spannung zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601 und die Ableitelektrode 607.A resistor 612 shown in Fig. 26 is equivalent to the resistance between the target 605 and the electron emission electrode 604. A resistor 613 is equivalent to the resistance of the electron emission electrode 604. A capacitance 614 is equivalent to the capacitance of the electron emission electrode 604, the oxide substrate 602, and the voltage application electrode 601. A current source 615 is equivalent to the current source 606 for applying a voltage between the voltage application electrode 601 and the target 605 and to the current source 608 for applying a voltage between the voltage application electrode 601 and the lead electrode 607.

Es wird die Höhe der während der Elektronenemission zwischen dem Target und der Elektronenemissionselektrode 604 anliegenden Spannung in Bezug auf die aus der Stromquelle 615 angelegte Spannung berechnet.The level of the voltage applied between the target and the electron emission electrode 604 during the electron emission is calculated in relation to the voltage applied from the current source 615.

Wenn die Emissionsstromdichte 10A/cm² ist, die Spannung aus der Stromquelle 615 100 V ist und ein Querschnitt des Elektronenemissionsbereiches der Elektronenemissionselektrode 604 1 µm² beträgt, ergibt sich folgender Widerstandswert RA des Widerstandes 612:If the emission current density is 10A/cm², the voltage from the power source 615 is 100 V and a cross section of the electron emission area of the electron emission electrode 604 is 1 µm², the following resistance value RA of the resistor 612 results:

RA = 10&sup9; (&Omega;)RA = 10⁹ (Ω)

Wenn ein spezifischer Widerstand gleich 10 &Omega; cm ist, die mittlere Länge 1 der Elektronenernissionselektrode 604 gleich 1 µm ist und deren Querschnitt S 1 µm² ist, ergibt sich ein Widerstandswert RS des Widerstandes 613 folgendermaßen:When a specific resistance is equal to 10 Ω cm, the average length 1 of the electron emission electrode 604 is equal to 1 μm and whose cross-section S is 1 µm², the resistance value RS of the resistor 613 is as follows:

RS = 1/S = 10&sup4; (&Omega;)RS = 1/S = 10&sup4;(&Omega;)

Unter den Bedingungen, daß die Dicke d des Oxidsubstrates 602 100 nm ist, die Elektrodenfläche S 10 µm² ist und die spezifische Dielektrizitätskonstante &epsi;s 4 ist, ergibt sich ein Kapazitätswert C der Kapazität 614 folgendermaßen:Under the conditions that the thickness d of the oxide substrate 602 is 100 nm, the electrode area S is 10 µm² and the specific dielectric constant εs is 4, a capacitance value C of the capacitor 614 is as follows:

C = &epsi;s &epsi;&sub0; S/d = 3,6 x 10&supmin;¹&sup8;C = εs ε0 S/d = 3.6 x 10⊃min;¹⊃8;

Bei einer Betriebsfrequenz von 1000 MHz ergibt sich eine Impedanz Z der Kapazität 614 folgendermaßen:At an operating frequency of 1000 MHz, the impedance Z of the capacitance 614 is as follows:

z = 5 x 10&sup7; (&Omega;)z = 5 x 10&sup7;(&Omega;)

Unter diesen Bedingungen ergibt sich ein Verhältnis der zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604 anliegenden Spannung zu der aus der Stromquelle 615 zugeführten Spannung folgendermaßen:Under these conditions, the ratio of the voltage applied between the target 605 and the electron emission electrode 604 to the voltage supplied from the power source 615 is as follows:

Z / RA + RS + Z < 1/10Z / RA + RS + Z < 1/10

Die zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604 anliegende Spannung, das heißt, die Spannung für das Ermöglichen der Elektronenemission wird nicht allzu sehr von der Kapazität beeinflußt.The voltage applied between the target 605 and the electron emission electrode 604, that is, the voltage for enabling electron emission, is not too much influenced by the capacitance.

In der vorangehend beschriebenen ersten Elektronenemissionsvorrichtung werden die Elektronen aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt und können aus der Elektronenemissionselektrode abgegeben werden, welche unabhängig von der isolierenden Fläche angeordnet ist. Daher kann die Isolations- Durchbruchspannung außerordentlich erhöht werden. Die Leitungsschicht muß nicht entlang der Oberfläche des Isoliermaterials ausgebildet werden oder es muß keine Zuleitung durch Erzeugen einer Durchgangsöffnung in der Isolierschicht auf dem leitenden Substrat hergestellt werden. Daher kann die Packungsdichte außerordentlich erhöht werden.In the first electron emission device described above, the electrons from the charge supply device and can be discharged from the electron emission electrode which is arranged independently from the insulating surface. Therefore, the insulation breakdown voltage can be greatly increased. The conductive layer does not need to be formed along the surface of the insulating material or a lead does not need to be made by making a through hole in the insulating layer on the conductive substrate. Therefore, the packing density can be greatly increased.

Die Elektronenemissionselektrode 604 muß nicht aus einem Einkristall bestehen, sondern kann aus einem Polykristall bestehen, falls ein konischer Teilbereich geformt werden kann. Falls jedoch die Elektronenemissionselektrode 604 aus einem Einkristall besteht, kann die Elektrode eine konische Form haben, die dem Einkristall eigentümlich ist. Der Elektronenemissionsbereich wird gleichförmig und scharf geformt. Es muß nicht irgendein verjüngungsverfahren angewandt werden und es kann mit Gleichförmigkeit eine höhere Feldstärke erreicht werden. Dadurch können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann verbessert werden. Bei diesem Verfahren wird auf die Ablagerungsfläche eine zu einem feinen Muster geformte Zone aus heterogenern Material aufgebracht, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als das Material der Ablagerungsfläche hat und das das Wachsen von nur dem einzigen Kern zuläßt, und der Kristall wird unter Zentrierung auf den in der Zone aus dem heterogenen Material gewachsenen einzelnen Kern gezüchtet. Dieses Verfahren kann auch bei anderen Verfahren angewandt werden, wenn ein Polykristall oder dergleichen verwendet wird.The electron emission electrode 604 need not be made of a single crystal, but may be made of a polycrystal if a tapered portion can be formed. However, if the electron emission electrode 604 is made of a single crystal, the electrode may have a tapered shape peculiar to the single crystal. The electron emission portion is formed uniformly and sharply. No tapering process need be used, and a higher field strength can be achieved with uniformity. This can prevent deviations in the triggering operating voltage and improve the electron emission efficiency. In this method, a zone of heterogeneous material formed into a fine pattern, which has a sufficiently higher nucleation density than the material of the deposition surface and which allows only the single nucleus to grow, is deposited on the deposition surface, and the crystal is grown centering on the single nucleus grown in the zone of heterogeneous material. This method can also be applied to other methods when a polycrystal or the like is used.

Wenn das Verfahren zum Züchten des Kristalls angewandt wird, der auf den in der Zone des heterogenen Materials gewachsenen einzelnen Kern zentriert ist, können die folgenden Vorteile erzielt werden:When the method is applied to grow the crystal centered on the single nucleus grown in the heterogeneous material zone, the following advantages can be achieved:

(1) Die Form der Elektronenemissionselektrode mit einem konischen Teilbereich ist durch die Bedingungen wie die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Ablagerungsmaterial und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Größe des konischen Teilbereiches kann auf einfache Weise gesteuert werden. Daher kann ein konischer Teilbereich in einer erwünschten Größe gebildet werden und Abweichungen hinsichtlich seiner Größe können verhindert werden.(1) The shape of the electron emission electrode having a tapered portion is determined by the conditions such as the deposition area, the heterogeneous material, the deposition material and the deposition conditions. The size of the tapered portion can be easily controlled. Therefore, a tapered portion of a desired size can be formed and deviations in its size can be prevented.

(2) Da die Lage der Elektronenemissionselektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone des heterogenen Materials bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden. Außerdem kann in dem Mehrfach- Elektronenemissionselement die Vielzahl der Elektronenemissionsauslässe gleichförmig in feinen Teilungsabständen angeordnet werden.(2) Since the position of the electron emission electrode having the tapered portion can be determined by the position of the heterogeneous material zone, the electrode can be formed at a desired position with high accuracy. In addition, in the multiple electron emission element, the plurality of electron emission outlets can be uniformly arranged at fine pitches.

(3) Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann ein Einkristall auf einem amorphen isolierenden Substrat gebildet werden und ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung geschaffen werden.(3) Unlike the conventional case, a single crystal can be formed on an amorphous insulating substrate and an electron emission element with a high dielectric breakdown voltage can be provided.

(4) Das Element kann nach dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß erzeugt werden und durch den einfachen Prozeß in hoher Integratiön hergestellt werden.(4) The element can be produced by the conventional semiconductor manufacturing process and can be produced through a simple process with a high level of integration.

Nachstehend wird eine zweite Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben, bei der das vorstehende Verfahren angewandt wird.A second electron emission device to which the above method is applied will be described below.

Die Fig. 27 ist eine schematische Darstellung der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung. Gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 25 bezeichnen gleiche Teile in Fig. 27.Fig. 27 is a schematic diagram of the second electron emission device. The same reference numerals as in Fig. 25 denote the same parts in Fig. 27.

Gemäß Fig. 27 werden auf einer Ablagerungsfläche eines Oxidsubstrates 602, das aus einem amorphen Material wie SiO&sub2; besteht, Kernbildungsbasen 603&sub1; bis 603&sub3; aus Si, Si&sub3;N&sub4; oder dergleichen ausgebildet. Mit den in den Kernbildungsbasen 603&sub1; bis 603&sub3; gebildeten einzelnen Kernen als Zentrum werden Einkristallzonen aus Mo, W, Si oder dergleichen gezüchtet. Es werden damit Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; gebildet, die jeweils eine erwünschte Größe und einen konischen Teilbereich haben (wobei die Anzahl der Elektronenemissionselektroden nicht auf "3" eingeschränkt ist).As shown in Fig. 27, nucleation bases 6031 to 6033 made of Si, Si3N4 or the like are formed on a deposition surface of an oxide substrate 602 made of an amorphous material such as SiO2. With the individual nuclei formed in the nucleation bases 6031 to 6033 as the center, single crystal regions made of Mo, W, Si or the like are grown. Thus, electron emission electrodes 6041 to 6043 each having a desired size and a tapered portion (the number of electron emission electrodes is not limited to "3") are formed.

An der unteren Fläche des aus dem Isoliermaterial bestehenden Oxidsubstrates 602 werden den Elektronenemissionselektroden 6041 bis 6043 gegenübergesetzt Spannungsanlegeelektroden 6011 bis 601&sub3; ausgebildet. Oberhalb der Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; wird eine Ableitelektrode 607 angebracht, welche die Feldstärke an den konischen Teilbereichen erhöht und als Ladungszuführvorrichtung dient. Oberhalb der Ableitelektrode 607 wird ein mit den aus den Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; abgegebenen Elektronen zu bestrahlendes Target 605 angeordnet. Eine Stromquelle 606 wird über eine Schaltvorrichtung 611, einen Impuisgenerator 606 und eine Wählschaltvorrichtung 617 derart zwischen das Target 605 und die Spannungsanlegeelektroden 6011 bis 601&sub3; geschaltet, daß das Potential an dem Target 605 höher ist als dasjenige an den Spannungsanlegeelektroden. Die an dem Target 605 anliegende Spannung wird durch die Schaltvorrichtung 611 gesteuert.Voltage application electrodes 6011 to 6013 are formed on the lower surface of the oxide substrate 602 made of the insulating material, opposite to the electron emission electrodes 6041 to 6043. A discharge electrode 607 is provided above the electron emission electrodes 6041 to 6043, which increases the field strength at the conical portions and serves as a charge supply device. A target 605 to be irradiated with the electrons emitted from the electron emission electrodes 6041 to 6043 is provided above the discharge electrode 607. A power source 606 is connected between the target 605 and the voltage application electrodes 6011 to 6013 via a switching device 611, a pulse generator 606 and a selector switch device 617 such that the potential at the target 605 is higher than that at the voltage application electrodes. The voltage applied to the target 605 is controlled by the switching device 611.

Die Stromquellen 608 und 609 sind parallel zueinander über eine Schaltvorrichtung 610, den Impulsgenerator 616 und die Wählschaltvorrichtung 617 zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; geschaltet. Die Stromquelle 608 ist derart geschaltet, daß das Potential der Spannungsanlegeelektroden 6011 bis 6013 niedriger ist als dasjenige der Ablenkelektrode 607. Die Stromquelle 609 ist derart geschaltet, daß das Potential der Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; höher ist als dasjenige der Ablenkelektrode 607. Die Stromquellen 608 und 609 werden durch die Schaltvorrichtung 610 geschaltet.The current sources 608 and 609 are connected in parallel to each other via a switching device 610, the pulse generator 616 and the selection switching device 617 between the lead electrode 607 and the voltage application electrodes 6011 to 6013. The current source 608 is connected such that the potential of the voltage application electrodes 6011 to 6013 is lower than that of the deflection electrode 607. The current source 609 is connected such that the potential of the voltage application electrodes 6011 to 6013 is higher than that of the deflection electrode 607. The current sources 608 and 609 are switched by the switching device 610.

Während des Elektronenemissionsvorganges schaltet die Wählschaltvorrichtung 617 aufeinanderfolgend die von dem Impulsgenerator erzeugten Impulse ein und führt die Impulse aufeinanderfolgend den Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; zu. Während des Entladevorganges wird aus einer Rückstelleinheit 620 an die gemeinsam daran angeschlossenen Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; eine Entladespannung angelegt.During the electron emission process, the selector switch 617 sequentially turns on the pulses generated by the pulse generator and sequentially supplies the pulses to the voltage application electrodes 601₁ to 601₃. During the discharge process, a discharge voltage is applied from a reset unit 620 to the voltage application electrodes 601₁ to 601₃ connected in common thereto.

Während des Entladens werden die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; miteinander durch die Rückstelleinheit 620 verbunden. Während der Elektronenemission legt die Rückstelleinheit 620 an die ausgeschalteten Spannungsanlegeelektroden eine Vorspannung an, wodurch eine übersprech-Kopplung zwischen den benachbarten Elektroden verhindert wird.During discharging, the voltage applying electrodes 601₁ to 601₃ are connected to each other by the reset unit 620. During Upon electron emission, the reset unit 620 applies a bias voltage to the turned-off voltage application electrodes, thereby preventing crosstalk coupling between the adjacent electrodes.

Eine Steuereinheit 618 führt der Rückstelleinheit 620, der Wählschaltvorrichtung 617, dem Impulsgenerator 616, der Schaltvorrichtung 611 und der Schaltvorrichtung 610 Steuersignale zu und steuert die Schaltzeiten und die Impulserzeugungszeiten. Die aus der Steuereinheit 618 abgegebenen Steuersignale werden durch Steuerinformationen gesteuert, welche in einem Speicher 619 gespeichert sind.A control unit 618 supplies control signals to the reset unit 620, the selector switch device 617, the pulse generator 616, the switching device 611 and the switching device 610 and controls the switching times and the pulse generation times. The control signals output from the control unit 618 are controlled by control information stored in a memory 619.

Nachstehend wird die Funktion der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung mit der vorstehenden Anordnung beschrieben.The operation of the second electron-emitting device having the above arrangement will be described below.

Die Fig. 28 ist ein zeitdiagramm zum Erläutern der Funktiön der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung.Fig. 28 is a timing chart for explaining the operation of the second electron emission device.

Ein Zeitabschnitt t&sub2; nach Fig. 28 ist ein Elektronenemission-Zeitabschnitt. Während dieses Zeitabschnittes wird durch die Schaltvorrichtung 611 die Stromquelle 606 zum Anlegen einer Spannung V3 an das Target 605 eingeschaltet. Durch die Wählschaltvorrichtung 617 werden die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; aufeinanderfolgend auf 0 V gelegt. Gemäß der vorangehenden Beschreibung wird von der Rückstelleinheit 620 an die ausgeschalteten Spannungsanlegeelektroden eine Vorspannung V4 angelegt. Durch die Schaltvorrichtung 610 wird die Stromquelle 608 zum Anlegen einer Spannung V1 an die Ableitelektrode 607 eingeschaltet.A period t2 in Fig. 28 is an electron emission period. During this period, the power source 606 is turned on by the switching device 611 to apply a voltage V3 to the target 605. The voltage application electrodes 6011 to 6013 are sequentially set to 0 V by the selection switching device 617. As described above, a bias voltage V4 is applied to the turned-off voltage application electrodes by the reset unit 620. The power source 608 is turned on by the switching device 610 to apply a voltage V1 to the output electrode 607.

Es sei angenommen, daß die gewählte Elektrode, nämlich die eingeschaltete Elektrode die Spannungsanlegeelektrode 601&sub1; ist. Zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601&sub1; und das Target 605 wird die Spannung V3 angelegt und zwischen die Ableitelektrode 607 und die Elektrode 601&sub1; wird die Spannung Vl angelegt. Zwischen der Elektronenemissionselektrode 604&sub1; und dem Target 605 wird ein elektrisches Feld errichtet, das für die Elektr6nenemission ausreichend stark ist. Dadurch werden aus der Elektronenemissionselektrode 604&sub1; die Elektronen abgegeben.It is assumed that the selected electrode, namely the electrode that is turned on, is the voltage application electrode 601₁. The voltage V3 is applied between the voltage application electrode 601₁ and the target 605, and the voltage V1 is applied between the lead electrode 607 and the electrode 601₁. An electric field that is strong enough for electron emission is established between the electron emission electrode 604₁ and the target 605. As a result, the electrons are emitted from the electron emission electrode 604₁.

In diesem Fall wird an die nicht gewählten bzw. abgeschalteten Spannungsanlegeelektrqden 601&sub2; und 601&sub3; die Vorspannung V&sub4; angelegt. Damit wird zwischen den Elektronenemissionselektroden 604&sub2; und 604&sub3; und dem Target 605 ein elektrisches Feld errichtet, das nicht ausreichend stark für die Elektronenemission ist, so daß keine Elektronen abgegeben werden.In this case, the bias voltage V4 is applied to the non-selected or turned off voltage application electrodes 6012 and 6013. Thus, an electric field is established between the electron emission electrodes 6042 and 6043 and the target 605, which is not strong enough for electron emission, so that no electrons are emitted.

Auf diese Weise werden nacheinander die Spannungen an die Spannungsanlegeelektroden 601&sub2; und 601&sub3; arigelegt und die Elektronen aufeinanderfoygend aus den Elektronenemissionselektroden 604&sub2; und 604&sub3; abgegeben. Falls mehr als drei Spannungsanlegeelektroden, nämlich Spannungsanlegeelektroden 601n mit n > 3 vorgesehen sind, können während des Zeitabschnittes t2 die Spannungsimpulse mit der gleichen Kurvenform nacheinander an die auf die Elektrode 601&sub3; folgenden Spannungsanlegeelektroden angelegt werden.In this way, the voltages are successively applied to the voltage application electrodes 601₂ and 601₃, and the electrons are successively emitted from the electron emission electrodes 604₂ and 604₃. If more than three voltage application electrodes, namely voltage application electrodes 601n with n > 3, are provided, the voltage pulses with the same waveform can be successively applied to the voltage application electrodes following the electrode 601₃ during the time period t2.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung sammeln sich durch die Elektronenemission an den Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; positive Ladungen an. Während der entsprechenden Elektronenemission-Zeitabschnitte werden die Feldstärken abgeschwächt und die Elektronenemissionsmengen verringert. Infolgedessen werden nicht länger Elektronen abgegeben.As described above, positive electrons accumulate at the electron emission electrodes 604₁ to 604₃ due to electron emission. During the corresponding electron emission periods, the field strengths are weakened and the electron emission amounts are reduced. As a result, electrons are no longer emitted.

Ein Zeitabschnitt t1 ist ein Entlade- Zeitabschnitt. Durch die Rückstelleinheit 620 werden die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; miteinander verbunden und auf 0 V gelegt. Durch die Wählschaltvorrichtung 617 und die Schaltvorrichtung 610 wird die Stromquelle 609 zum Anlegen einer Spannung -V2 an die Ableitelektrode 607 eingeschaltet. Durch die Schaltvorrichtung 611 wird das Target 605 auf 0 V gelegt. In diesem Fall wird eine hohe Spannung V2 derart zwischen die Ableitelektrode 607 und die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; angelegt, daß das Potential der Elektroden 601&sub1; bis 601&sub3; höher ist als dasjenige der Elektrode 607. Zwischen den Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; und der Ableitelektrode 607 wird ein elektrisches Feld errichtet, das für die Elektronenemission ausreichend stark ist. Aus der Ableitelektrode 607 werden Elektronen abgegeben. Die abgegebenen Elektronen verbinden sich mit den in den Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; angesammelten positiven Ladungen, um die positive Ladung aufzuheben. Daher können die Elektronenemissionselektroden 604&sub1; bis 604&sub3; wieder Elektronen abgeben.A period of time t1 is a discharge period of time. The voltage application electrodes 601₁ to 601₃ are connected to each other and set to 0 V by the reset unit 620. The power source 609 is turned on to apply a voltage of -V2 to the lead electrode 607 by the selector switch 617 and the switching device 610. The target 605 is set to 0 V by the switching device 611. In this case, a high voltage V2 is applied between the lead electrode 607 and the voltage application electrodes 601₁ to 601₃ such that the potential of the electrodes 601₁ to 601₃ is higher than that of the electrode 607. Between the electron emission electrodes 604₁ and 605₃, a high voltage V2 is applied. to 604₃ and the lead electrode 607, an electric field is established that is strong enough for electron emission. Electrons are emitted from the lead electrode 607. The emitted electrons combine with the positive charges accumulated in the electron emission electrodes 604₁ to 604₃ to cancel the positive charge. Therefore, the electron emission electrodes 604₁ to 604₃ can emit electrons again.

Danach erfolgt in dem nächsten Elektronenemission-Zeitabschnitt die Elektronenemission. Auf diese Weise werden für die Abgabe der Elektronen abwechselnd die Elektronenemission und der Entladevorgang wiederholt.Then, in the next electron emission period, electron emission occurs. In this way, the electron emission and discharge processes are repeated alternately to release the electrons.

In der vorangehend ausführlich beschriebenen zweiten Elektronenemissionsvorrichtung werden die Elektronen aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt, um die Emission von Elektronen aus den Elektronenemissionselektroden zu ermöglichen, welche ohne Anschluß auf der isolierenden Fläche ausgebildet sind. Daher kann die dielektrische Durchbruchsspannung beträchtlich erhöht werden. Die elektrische Isolation zwischen den benachbarten Elektroden kann erheblich verbessert werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist daher fur eine Elektronenemissionsvorrichtung mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsquellen geeignet, die gleichförmig in feinen Teilungsabständen ausgebildet sind. Außerdem muß keine Zuleitungsschicht entlang der Fläche aus dem isolierenden Material ausgebildet werden oder in einer auf ein leitendes Substrat aufgebrachten Isolierschicht keine Durchgangsöf fnung gebildet werden, so daß dadurch die Packungsdichte der Vorrichtung beträchtlich erhöht wird.In the second electron emission device described in detail above, the electrons are supplied from the charge supply device to enable the emission of electrons from the electron emission electrodes which are formed without connection on the insulating surface. Therefore, the dielectric breakdown voltage can be increased considerably. The electrical insulation between the adjacent electrodes can be improved considerably. This embodiment is therefore suitable for an electron emission device having a plurality of electron emission sources which are uniformly formed at fine pitches. In addition, there is no need to form a lead layer along the surface of the insulating material or to form a through hole in an insulating layer deposited on a conductive substrate, thereby significantly increasing the packing density of the device.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zum Anlegen von Spannungskomponenten zwischen die Spannungsanlegeelektroden und das Target die Spannungsimpulse im Zeitmultiplex an die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden angelegt, wodurch die Elektronenernissionsvorgänge herbeigeführt werden. In diesem Fall kann die Schaltungsanordnung mit einer großen Anzahl von Elektronenemissionselektroden vereinfacht werden. Wenn beispielsweise eine Spannung an die Schaltvorrichtung 611 synchron mit den Wählzeiten für die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; nach Fig. 27 angelegt wird, können die Elektronen aus der gewählten Elektronenernissionselektrode abgegeben werden. Die Wählsignale müssen nicht den Spannungsanlegeelektroden zugeführt werdenIn this embodiment, in order to apply voltage components between the voltage application electrodes and the target, the voltage pulses are applied to the plurality of voltage application electrodes in time division, thereby causing the electron emission operations. In this case, the circuit arrangement with a large number of electron emission electrodes can be simplified. For example, when a voltage is applied to the switching device 611 in synchronism with the selection timing for the voltage application electrodes 601₁ to 601₃ shown in Fig. 27, the electrons can be emitted from the selected electron emission electrode. The Selection signals do not need to be fed to the voltage application electrodes

Wenn gemäß der Darstellung bei der ersten und der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung die Ableitelektrode zum Erhöhen der Feldstärke an der Elektronenemissionselektrode ausgebildet ist und auch als Ladungszuführvorrichtung dient, muß keine gesonderte Ladungs zuführvorrichtung vorgesehen werden, wodurch die Schaltungsanordnung vereinfacht ist.As shown, in the first and second electron emission devices, if the lead electrode is designed to increase the field strength at the electron emission electrode and also serves as a charge supply device, no separate charge supply device needs to be provided, thereby simplifying the circuit arrangement.

Nachstehend wird eine bei einem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete dritte Elektronenemissionsvorrichtung beschrieben.A third electron emission device used in a method according to the invention is described below.

Die Fig. 29 ist eine schematische Darstellung der dritten Elektronenemissionsvorrichtung. Gleiche Bezugszeichen wie bei der ersten Elektronenemissionsvorrichtung nach Fig. 25 bezeichnen gleiche Teile bei der dritten Elektronenemissionsvorrichtung und eine ausführliche Beschreibung der Teile wird weggelassen.Fig. 29 is a schematic diagram of the third electron emission device. The same reference numerals as in the first electron emission device of Fig. 25 denote the same parts in the third electron emission device, and a detailed description of the parts is omitted.

Die Gestaltung der dritten Elektronenemissionsvorrichtung ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige der ersten Elektronenemissionsvorrichtung. Es sind die Ableitelektrode als Ladungszuführvorrichtung, die Stromquellen 608 und 609 und die Schaltvorrichtung 610 weggelassen (jedoch kann der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden, wenn die Ableitelektrode 607 zum Aufnehmen einer positiven Spannung angeordnet ist). Ein Substrat 621 ist kein völlig isolierendes Substrat, sondern ein Halbleitersubstrat, welches einen Leckstrorn zuläßt. Wenn bei der Elektronenemission die Elektronen abgegeben werden, wird durch das Substrat 621 aus dem Haibleitermaterial hindurch von der Spannungsanlegeelektrode 601 her die abgegebene Ladungskomponente der gegenübergesetzten Elektronenemissionselektrode zugeführt.The configuration of the third electron emission device is substantially the same as that of the first electron emission device. The discharge electrode as a charge supply device, the power sources 608 and 609 and the switching device 610 are omitted (however, the efficiency of electron emission can be improved if the discharge electrode 607 is arranged to receive a positive voltage). A substrate 621 is not a completely insulating substrate but a semiconductor substrate which allows a leakage current. When the electrons are emitted during electron emission, are emitted, the emitted charge component is supplied from the voltage application electrode 601 through the substrate 621 made of the semiconductor material to the opposite electron emission electrode.

Das halbleitende Material kann ein Metall wie Pd oder ein Halbleitermaterial wie In&sub2;O&sub3;, ZnO oder SnO&sub2; sein. Das Substrat 621 kann allein aus einem halbleitenden Material bestehen. Im Hinblick auf eine schnelle Ladungszuführung ist es jedoch vorzuziehen, ein dünnes Substrat zu formen. Im allgemeinen wird auf ein isolierendes Substrat ein leitender Film aufgebracht. Wenn die vorangehend genannten Materialien zu Filmen geformt werden, ergeben sich ihre Schichtwiderstände folgendermaßen: ungefähr 102 bis 10&sup7; &Omega;/ für Pd, ungefähr 10² bis 10&sup8; &Omega;/ für In&sub2;O&sub3;, ungefähr 10² bis 10&sup8; Z/ für ZnO und ungefähr 10² bis 10&sup8; Z/ für SnO&sub2;.The semiconductive material may be a metal such as Pd or a semiconductor material such as In₂O₃, ZnO or SnO₂. The substrate 621 may be made of a semiconductive material alone. However, in view of rapid charge supply, it is preferable to form a thin substrate. In general, a conductive film is deposited on an insulating substrate. When the above-mentioned materials are formed into films, their sheet resistances are as follows: about 102 to 10⁷ Ω/ for Pd, about 102 to 10⁷ Ω/ for In₂O₃, about 102 to 10⁷ Z/ for ZnO and about 102 to 10⁷ Z/ for SnO₂.

Die Herstellungsbedingungen für das Aufbringen von SnO&sub2; auf ein Glassubstrat durch reaktive Zerstäubung sind die folgenden:The manufacturing conditions for depositing SnO₂ on a glass substrate by reactive sputtering are as follows:

(1) Zerstäubungsgerät SPF-312H (Nichiden Anelba K.K.)(1) Atomizer SPF-312H (Nichiden Anelba K.K.)

(2) Herstellungsbedingungen Target: SnO&sub2; (99,9%) (Furuuchi Kagaku K.K.) Zerstäubungsgas: O&sub2; (100%) Hochfrequenzleistung: 400 W Zerstäubungsdruck: 5 x 10&supmin;³ Torr Substrattemperatur: 200ºC Ablagerungsdauer: 20 Minuten(2) Manufacturing conditions Target: SnO₂ (99.9%) (Furuuchi Kagaku K.K.) Sputtering gas: O₂ (100%) High frequency power: 400 W Sputtering pressure: 5 x 10⊃min;3 Torr Substrate temperature: 200ºC Deposition time: 20 minutes

(3) Ausglühbedingung 300ºC, 1 Stunde (N&sub2;-Atmosphäre)(3) Annealing condition 300ºC, 1 hour (N₂ atmosphere)

Unter diesen Bedingungen kann auf einem Glassubstrat ein SiO&sub2;-Film in einer Dicke von ungefähr 50 bis 100 nm gebildet werden.Under these conditions, a SiO2 film with a thickness of approximately 50 to 100 nm can be formed on a glass substrate.

Die Fig. 30 ist ein Äquivalenzschaltbild dieser Elektronenemissionsvorrichtung während der Elektronenemissjon. Die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 26 bezeichnen in Fig. 30 die gleichen Teile und deren ausführliche Beschreibung wird weggelassen.Fig. 30 is an equivalent circuit diagram of this electron emission device during electron emission. The same reference numerals as in Fig. 26 denote the same parts in Fig. 30 and the detailed description thereof is omitted.

Gemäß Fig. 30 wird mit einer äquivalenten Quelle 615 eine Spannüng zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601 und das Target 6Q5 angelegt, da die Ableitelektrode 607, die Stromquellen 608 und 609 und die Schaltvorrichtung 610 weggelassen sind. Ein äquivalenter Widerstand 622 stellt den Widerstand des Halbleitermaterials für den Leckstrom dar und ist zu der Kapazität 614 parallel geschaltet.According to Fig. 30, a voltage is applied between the voltage application electrode 601 and the target 6Q5 with an equivalent source 615, since the drain electrode 607, the current sources 608 and 609 and the switching device 610 are omitted. An equivalent resistor 622 represents the resistance of the semiconductor material to the leakage current and is connected in parallel with the capacitance 614.

Die Fig. 31 ist ein zeitdiagramm zum Erläutern der Funktion der vorangehend beschriebenen dritten Elektronenemissionsvorrichtung.Fig. 31 is a timing chart for explaining the operation of the third electron emission device described above.

Wenn gemäß Fig. 31 aus der äquivalenten Quelle 615 während eines Zeitabschnittes t3 eine Impulsspannung zwischen die Spannungsanlegeelektrode 601 und das Target 605 angelegt wird, wird das Potential der Elektronenemissionselektrode 605 erhöht. Wenn die Elektronen aus der Elektrode 604 abgegeben werden, wird deren Potential weiter erhöht. Dieses Potential wird erhöht, bis die Potentialdifferenz zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604 "O" ist. Daher wird das Potential auf einem vorbestimmten Wert gehalten. Dabei wird die Spannung an den beiden Seiten der Kapazität 614 mit einer Zeitkonstante erhöht, die durch die Widerstandswerte der Widerstände 612, 613 und 622 und den Kapazitätswert der Kapazität 614 bestimmt ist.As shown in Fig. 31, when a pulse voltage is applied from the equivalent source 615 between the voltage application electrode 601 and the target 605 during a period t3, the potential of the electron emission electrode 605 is increased. When the electrons are emitted from the electrode 604, its potential is further increased. This potential is increased until the potential difference between the target 605 and the electron emission electrode 604 is "0". Therefore, the potential is maintained at a predetermined value. At this time, the voltage on the two sides of the capacitor 614 is increased with a time constant which determined by the resistance values of resistors 612, 613 and 622 and the capacitance value of capacitor 614.

Wenn die Potentialdifferenz zwischen dem Target 605 und der Elektronenemissionselektrode 604 verringert wird und die Elektronenemission endet, wird die äquivalente Quelle 615 während eines Zeitabschnittes t4 ausgeschaltet gehalten. Dabei wird das abgeschaltete Target 605 elektrisch von der Elektronenemissionselektrode 604 getrennt und es fließt kein Strom zwischen diesen. Das heißt, der Widerstandswert des äquivalenten Widerstandes 612 ist im wesentlichen unendlich. Da gemäß der vorangehenden Beschreibung das Substrat 621 aus einem halbleitenden Material besteht, wird die Ladung an der Kapazität über den äquivalenten Widerstand 622 entladen.When the potential difference between the target 605 and the electron emission electrode 604 is reduced and the electron emission stops, the equivalent source 615 is kept off for a period of time t4. At this time, the off target 605 is electrically separated from the electron emission electrode 604 and no current flows between them. That is, the resistance value of the equivalent resistor 612 is essentially infinite. Since, as described above, the substrate 621 is made of a semiconductive material, the charge on the capacitance is discharged through the equivalent resistor 622.

Die Zeitabschnitte t3 und t4 werden auf geeignete Weise derart eingestellt, daß sie der für das Laden und das Entladen erforderlichen Zeit entsprechen, so daß die Elektronenemission kontinuierlich herbeigeführt werden kann.The time periods t3 and t4 are appropriately set to correspond to the time required for charging and discharging so that the electron emission can be continuously induced.

Eine für das erfindungsgemäße Verfahren verwendete vierte Elektronenemissionsvorrichtung ist im wesentlichen gleich der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung gemäß Fig. 27 mit der Ausnahme, daß die Ableitelektrode 607 als Ladungszuführvorrichtung, die Stromquellen 608 und 609 und die Schaltvorrichtung 610 weggelassen sind (wobei jedoch der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden kann, wenn die Ableitelektrode 607 zur Aufnahme der positiven Spannung ausgebildet wird) und daß das Substrat aus einem Halbleitermaterial besteht, wobei eine ausführliche Beschreibung der Vorrichtung weggelassen wird.A fourth electron emission device used for the method of the present invention is substantially the same as the second electron emission device shown in Fig. 27 except that the lead electrode 607 as a charge supply device, the power sources 608 and 609 and the switching device 610 are omitted (however, the electron emission efficiency can be improved if the lead electrode 607 is formed to receive the positive voltage) and the substrate is made of a semiconductor material, and a detailed description of the device is omitted.

Wenn während der Elektronenemission eine Spannung mit der gleichen Kurvenform wie gemäß dem Zeitdiagramm in Fig. 28 an das Target 605 und die Spannungsanlegeelektroden 601&sub1; bis 601&sub3; angelegt wird, kann die Elektronenemission kontinuierlich herbeigeführt werden. Der Entladevorgang bei dieser Vorrichtung ist der gleiche wie bei der dritten Elektronenemissionsvorrichtung und dessen ausführliche Beschreibung wird weggelassen. In diesem Fall ist während eines Zeitabschnittes t3 eine für das Entladen der Ladungen aus den jeweiligen Elektroden ausreichende Zeitdauer erforderlich.If a voltage having the same waveform as that shown in the timing chart in Fig. 28 is applied to the target 605 and the voltage applying electrodes 601₁ to 601₃ during electron emission, electron emission can be continuously caused. The discharging operation of this device is the same as that of the third electron emission device and the detailed description thereof is omitted. In this case, a time sufficient for discharging the charges from the respective electrodes is required during a period t3.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Formen eines Einkristalls auf einer Ablagerungsfläche beschrieben.A method for forming a single crystal on a deposition surface is described below.

Es wird nachstehend die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf die Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Bilden eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Diese Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absonderungskoeffizienten und die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und bestimmen die Kembildung während des Dünnfilm Erzeugungsprozesses.Selective deposition is described below for selectively depositing a film on the deposition surface. Selective deposition is a method for selectively forming a thin film on a substrate by utilizing differences in factors of materials. These factors are surface energy, deposition coefficients, segregation coefficients and surface diffusion rates and determine nucleation during the thin film formation process.

Gemäß dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionsverfahren wird die während der Elektronenemission aus der Elektronenemissionselektrode abgeflossene Ladung nach der Elektronenemission wieder ergänzt. Die Elektronenemissionselektrode kann daher auf der Isolierschicht ausgebildet werden und die dielektrische Durchbruchsspannung der Vorrichtung kann erhöht werden. Es muß keine Leitungsschicht entlang der Oberfläche der Isolierschicht ausgebildet werden oder keine Durchgangsöffnung in einer Isolierschicht auf einem leitenden Substrat gebildet werden. Daher kann die Packungsdichte der Vorrichtung außerordentlich erhöht werden.According to the electron emission method described above, the charge discharged from the electron emission electrode during electron emission is replenished after the electron emission. The electron emission electrode can therefore be formed on the insulating layer and the dielectric breakdown voltage of the device can be increased. There is no need to form a conductive layer along the surface of the insulating layer or to form a via hole in an insulating layer on a conductive substrate. Therefore, the packing density of the device can be greatly increased.

Bei der ersten Elektronenemissionsvorrichtung werden die Elektronen nach der Elektronenemission aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt und die auf der isolierenden Fläche ausgebildete isolierte Elektronenemissionselektrode kann die Elektronen kontinuierlich abgeben. Daher kann die dielektrische Durchbruchsspannung beträchtlich erhöht werden. Die der Elektronenemissionselektrode zuzuführende Ladungsmenge kann beliebig eingestellt werden und es kann auch die für die Entladung benötigte Zeit beliebig gewählt werden.In the first electron emission device, the electrons are supplied after the electron emission from the charge supply device, and the insulated electron emission electrode formed on the insulating surface can continuously discharge the electrons. Therefore, the dielectric breakdown voltage can be increased considerably. The amount of charge to be supplied to the electron emission electrode can be arbitrarily set, and the time required for discharge can also be arbitrarily selected.

Bei der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung werden nach dem Elektronenemissionsvorgang die Elektronen aus der Ladungszuführvorrichtung zugeführt und die Elektronen können kontinuierlich aus der Vielzahl der isolierten Elektronenemissionselektroden auf der isolierenden Fläche abgegeben werden. Die dielektrische Durchbruchsspannung kann beträchtlich erhöht werden. Die elektrische Isolation zwischen den benachbarten Elektroden kann verbessert werden. Diese Vorrichtung ist als Elektronenemissionsvorrichtung mit einer Vielzahl von in feinen Teilungsabständen gleichförmig ausgebildeten Elektronenemissionsquellen geeignet. Außerdem kann die den Elektronenemissionselektroden zugeführte Ladungsmenge beliebig eingestellt werden und auch die für die Entladung benötigte Zeit beliebig gewählt werden.In the second electron emission device, after the electron emission process, the electrons are supplied from the charge supply device, and the electrons can be continuously discharged from the plurality of insulated electron emission electrodes on the insulating surface. The dielectric breakdown voltage can be increased considerably. The electrical insulation between the adjacent electrodes can be improved. This device is suitable as an electron emission device having a plurality of electron emission sources uniformly formed at fine pitches. In addition, the amount of charge supplied to the electron emission electrodes can be arbitrarily set and the time required for discharge can also be arbitrarily selected.

Ferner wird an die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden zum Anlegen von Spannung zwischen die Spannungsanlegeelektroden und das Target die Spannung im Zeitmultiplex angelegt, wodurch die Elektronenemission herbeigeführt wird. In diesem Fall kann eine Schaltungsanordnung mit einer größeren Anzahl von Elektronenemissionselektroden vereinfacht werden, die Anzahl von Bauelementen verringert werden und die Packungsdichte erhöht werden.Furthermore, the voltage is applied to the plurality of voltage application electrodes for applying voltage between the voltage application electrodes and the target in a time-division multiplexed manner, thereby causing electron emission. In this case, a circuit arrangement with a larger number of electron emission electrodes can be simplified, the number of components can be reduced, and the packing density can be increased.

Wenn in der ersten und der zweiten Elektronenemissionsvorrichtung die Ableitelektrode zum Erhöhen der Feldstärke an der Elektronenemissionselektrode gestaltet ist und als Ladungszuführvorrichtung dient, muß keine gesonderte Ladungszuführvorrichtung gebildet werden, wodurch die Schaltungsanordnung vereinfacht ist.In the first and second electron emission devices, when the lead electrode is designed to increase the field strength at the electron emission electrode and serves as a charge supply device, a separate charge supply device does not need to be formed, thereby simplifying the circuit arrangement.

Bei der dritten Elektronenemissionsvorrichtung ist die Elektronenemissionselektrode auf einem Halbleitermaterial ausgebildet und die während der Elektronenemission aus der Elektronenemissionselektrode abgeflossene Ladung kann über das Halbleitermaterial zugeführt werden. Die dielektrische Durchbruchsspannung kann erhöht werden. Außerdem muß keine besondere Ladungszuführvorrichtung gebildet werden und die Gestaltung der Vorrichtung kann vereinfacht werden.In the third electron emission device, the electron emission electrode is formed on a semiconductor material, and the charge flowed out of the electron emission electrode during electron emission can be supplied through the semiconductor material. The dielectric breakdown voltage can be increased. In addition, a special charge supply device does not need to be formed and the design of the device can be simplified.

Bei der vierten Elektronenemissionsvorrichtung ist die Vielzahl von Elektronenemissionselektroden äuf einem Halbleitermaterial ausgebildet. Die während der Elektronenemission aus der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden abfließende Ladung kann über das Halbleitermaterial zugeführt werden. Die dielektrische Durchbruchsspannung kann erhöht werden. Die elektrische Isolierung zwischen den benachbarten Elektroden kann verbessert werden. Diese Vorrichtung kann auf geeignete Weise als Elektronenemissionsvorrichtung mit einer Vielzahl von in feinen Teilungsabständen gleichförmig ausgebildeten Elektronenemissionsquellen verwendet werden. Es muß keine gesonderte Ladungszuführvorrichtung vorgesehen werden und die Gestaltung der Vorrichtung kann vereinfacht werden.In the fourth electron emission device, the plurality of electron emission electrodes are formed on a semiconductor material. The charge flowing out of the plurality of electron emission electrodes during electron emission can be supplied via the semiconductor material. The dielectric breakdown voltage can be increased. The electrical insulation between the adjacent The structure of the electrodes can be improved. This device can be suitably used as an electron emission device having a plurality of electron emission sources uniformly formed at fine pitches. A separate charge supply device need not be provided and the structure of the device can be simplified.

Fig. 32A bis 32F sind schematische Teilschnittansichten zum Erläutern der Schritte bei der Herstellung eines Elektronenemissionselementes gemäß einem anderen weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.32A to 32F are schematic partial sectional views for explaining the steps in manufacturing an electron emission element according to another further method of the present invention.

Gemäß Fig. 32A wird auf eine Ablagerungsfläche eines Substrates 701, das aus einem amorphen isolierenden Material wie SiO&sub2; besteht, eine Kernbildungsbasis 702 aus einem heterogenen Material wie Si oder- Si&sub3;N&sub4; aufgebracht.As shown in Fig. 32A, a nucleation base 702 made of a heterogeneous material such as Si or Si3N4 is deposited on a deposition surface of a substrate 701 made of an amorphous insulating material such as SiO2.

Gemäß Fig. 32B wird mit einem in der Kernbildungsbasis 702 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum ein Einkristall aus Mo, W, Si oder dergleichen gezüchtet. Dadurch wird eine Elektrode 703 in einer erwünschten Größe mit einem konischen Teilbereich gebildet. Nachfolgend ist der auf der Ablagerungsfläche gebildete Kristall als Einkristall beschrieben. Der auf der Ablagerungsfläche gebildete Kristall ist jedoch nicht auf den Einkristall beschränkt, sondern kann zu einem Polykristall erweitert sein. Das Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Auf die Elektrode 703 mit dem konischen Teilbereich und auf das Substrat 701 wird ein isolierendes Material wie ein Polyimidharzfilm oder ein Acrylatfilm abgelagert.As shown in Fig. 32B, a single crystal of Mo, W, Si or the like is grown with a single core formed in the nucleation base 702 as a center. Thereby, an electrode 703 of a desired size having a tapered portion is formed. Hereinafter, the crystal formed on the deposition surface is described as a single crystal. However, the crystal formed on the deposition surface is not limited to the single crystal but may be expanded to a polycrystal. The method of forming the single crystal is described in detail below. An insulating material such as a polyimide resin film or an acrylate film is deposited on the electrode 703 having the tapered portion and on the substrate 701.

Gemäß Fig. 32C wijrd auf der Isolierschicht 704 eine Elektrodenschicht 705 wie eine Mo-Schicht ausgebildet. Ein Fotoresist 706 wird auf die Elektrodenschicht 705 aufgebracht und zum Bilden einer Öffnung direkt über dem konischen Teilbereich der Elektrode 703 belichtet.As shown in Fig. 32C, an electrode layer 705 such as a Mo layer is formed on the insulating layer 704. A photoresist 706 is applied to the electrode layer 705 and exposed to form an opening directly above the conical portion of the electrode 703.

Gemäß Fig. 32D wird die Elektrodenschicht 705 zum Bilden einer Öffnung 707 geätzt.As shown in Fig. 32D, the electrode layer 705 is etched to form an opening 707.

Gemäß Fig. 32E wird die Isolierschicht 704 selektiv durch die Öffnung 707 hindurch zum Bilden einer Öffnung 708 in der Weise geätzt, daß zumindest der konische Teilbereich der Elektrode 703 freigelegt ist.As shown in Fig. 32E, the insulating layer 704 is selectively etched through the opening 707 to form an opening 708 such that at least the conical portion of the electrode 703 is exposed.

Schließlich wird gemäß Fig. 32F zum Fertigstellen des Elektronenemissionselementes das Fotoresist 706 entfernt.Finally, as shown in Fig. 32F, the photoresist 706 is removed to complete the electron emission element.

Bei diesem Verfahren wird die Elektrode 703 mit dem konischen Teilbereich auf dem SiO&sub2;-Substrat 701 gebildet. Zum Herstellen eines Elektronenemissionselementes auf die vqrstehend beschriebene Weise kann jedoch ein Film 701a aus amorphem SiO&sub2; auf ein darunterliegendes Substrat aufgebracht werdenIn this method, the electrode 703 having the tapered portion is formed on the SiO₂ substrate 701. However, to manufacture an electron emission element in the manner described above, a film 701a of amorphous SiO₂ may be deposited on an underlying substrate.

Die Fig. 33 ist eine schematische Teilschnittansicht, die einen Schritt bei dem Herstellen eines anderen Elektronenemissionselementes nach dem Verfahren gemäß Fig. 32A bis 32F veranschaulicht.Fig. 33 is a schematic partial sectional view illustrating a step in manufacturing another electron emission element according to the method of Figs. 32A to 32F.

Gemäß Fig. 33 wird auf einem Si- Unterlagensubstrat 709 ein amorpher Film 701a gebildet. Auf den amorphen Film 701a wird die Kernbildungsbasis 702 aufgebracht, wobei dadurch das Elektronenernissionselernent auf dem darunterliegenden Si-Substrat ausgebildet wird. Die darauffolgenden Schritte sind die gleichen wie diejenigen nach Fig. 32B bis 32F und eine ausführliche Beschreibung derselben wird weggelassen.According to Fig. 33, an amorphous film 701a is formed on a Si base substrate 709. The nucleation base 702 is deposited on the amorphous film 701a, thereby forming the electron emission element on the underlying Si substrate. The subsequent steps are the same as those of Figs. 32B to 32F, and a detailed description thereof is omitted.

Gemäß der Beschreibung bezüglich des Verfahrens zum Herstellen der Elektronenemissionsvorrichtungen nach Fig. 32A bis 33 wird eine Elektrode mit einem als Elektronenemissionsbereich dienenden konischen Teilbereich auf einem einzelnen Kern zentriert, der in einer zu einem Mikromuster geformten Zone aus heterogenern Material gebildet ist, und auf einer reinen Oberfläche ausgebildet. Aufeinanderfolgend werden eine Isolierschicht und darauf eine Ableitelektrode gebildet, um die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus einem Einkristall zu erhalten, der im wesentlichen frei von Kristalldefekten ist. Die konischen Teilbereiche als Elektronenemissionsbereiche können gleichmäßig geformt werden, um eine Erhöhung der Feldstärke zu erzielen. Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.According to the description regarding the method of manufacturing the electron emission devices shown in Figs. 32A to 33, an electrode having a conical portion serving as an electron emission region is centered on a single core formed in a micropatterned region of heterogeneous material and formed on a clean surface. An insulating layer and a lead electrode are successively formed thereon to obtain the electrode having the conical portion made of a single crystal substantially free of crystal defects. The conical portions serving as electron emission regions can be uniformly formed to achieve an increase in field strength. Variations in the triggering operating voltage can be minimized.

Gemäß der Darstellung in Fig. 33 kann die Ablagerungsfläche auf einem darunterliegenden Substrat aus einem erwünschten Material gebildet werden. Beispielsweise kann die Ablagerungsfläche auf ein Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad aufgebracht werden, um dadurch die zuverlässigkeit der Vorrichtung zu verbessern.As shown in Fig. 33, the deposition surface may be formed on an underlying substrate made of a desired material. For example, the deposition surface may be formed on a substrate having a high heat radiation efficiency, thereby improving the reliability of the device.

Auf der Ablagerungsfläche wird eine Zone eines zu einem ausreichend feinen Musters geformten heterogenen Material gebildet, welches eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als das Material der Ablagerungsfläche hat und das Wachsen von nur einem einzigen Kern zuläßt. Der Kristall wird mit dem in der Zone des heterogenen Materials gewachsenen einzelnen Kern als Zentrum gezüchtet. Bei diesem Verfahren ist die Elektrode 703 mit dem konischen Teilbereich durch Bedingungen wie die die Ablagerungsfläche bildende Isolierschicht 704, die Kernbildungsbasis 702, das Ablagerungsmaterial und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Größe der Elektrode 703 wird unabhängig von der Größe der Öffnung 707 bestimmt. Es können Maßabweichungen der Elektroden 703 verhindert werden. Die Lage der Elektrode 703 kann durch die Lage der Kernbildungsbasis 702 festgelegt werden. Damit kann die Elektrode 703 mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden. Infolgedessen kann die Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen des Mehrfach-Elektronenernissionselementes gleichförmig in feinen Teilungsabständen ausgebildet werden.On the deposition surface, a zone of a heterogeneous material formed into a sufficiently fine pattern is formed, which has a sufficiently higher nucleation density than the material of the deposition surface and allows the growth of only a single nucleus. The crystal is grown with the single nucleus grown in the zone of the heterogeneous material as the center. In this method, the electrode 703 having the conical portion is determined by conditions such as the insulating layer 704 forming the deposition surface, the nucleation base 702, the deposition material and the deposition conditions. The size of the electrode 703 is determined independently of the size of the opening 707. Dimensional deviations of the electrodes 703 can be prevented. The position of the electrode 703 can be determined by the position of the nucleation base 702. Thus, the electrode 703 can be formed at a desired location with high accuracy. As a result, the plurality of electron emission outlets of the multiple electron emission element can be uniformly formed at fine pitches.

Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann auf einfache Weise durch den Einkristall gebildet sein. Die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann verbessert werden und der konische Teilbereich als Elektronenernissionsbereich kann mit der Kristallfläche mit vorbestimmter Struktur in Übereinstimmung gebracht werden, um dadurch den Schottky-Effekt und den Elektronenemissionswirkungsgrad zu verbessern.The electrode having the tapered portion can be simply formed by the single crystal. The conductivity of the electrode having the tapered portion can be improved, and the tapered portion as an electron emission region can be made to match the crystal facet having a predetermined structure, thereby improving the Schottky effect and the electron emission efficiency.

Ein Verfahren zum Züchten des Einkristalls auf der Ablagerungsfläche wird nachstehend beschrieben.A method for growing the single crystal on the deposition surface is described below.

Es wird nachstehend die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf eine Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Aufbringen eines Dünnfilmes auf ein Substrat durch Nutzung von Unterschieden von Faktoren der Materialien. Die Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absonderungskoeffizienten, die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und dergleichen und bestimmen die Bildung des Kernes bei dem Dünnfilm-Erzeugungsprozeß.Selective deposition for selectively depositing a film on a deposition surface is described below. Selective deposition is a method for selectively depositing a thin film on a substrate by utilizing differences in factors of the materials. The factors are surface energy, deposition coefficients, segregation coefficients, surface diffusion rates, and the like, and determine the formation of the core in the thin film forming process.

Gemäß dem vorangehend ausführlich beschriebenen Verfahren wird eine Elektrode mit einem als Elektronenernissionsbereich dienenden konischen Teilbereich auf einen in einem zu einem Mikromuster geformten heterogenen Material gebildeten einzelnen Kern zentriert und auf einer reinen Oberfläche ausgebildet. Darauffolgend werden eine Isolierschicht und darauf eine Ableitelektrode gebildet, um die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus einem Kristall zu erhalten, der im wesentlichen frei von Kristalldefekten ist. Die Formen der konischen Teilbereiche als Elektronenemissionsbereiche können gleichmäßig gebildet werden, um eine Erhöhung der Feldstärke zu erzielen. Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.According to the method described in detail above, an electrode having a tapered portion serving as an electron emission region is centered on a single core formed in a heterogeneous material formed into a micropattern and formed on a clean surface. Subsequently, an insulating layer and a lead electrode are formed thereon to obtain the electrode having the tapered portion made of a crystal substantially free of crystal defects. The shapes of the tapered portions serving as electron emission regions can be formed uniformly to achieve an increase in field strength. Variations in the triggering operating voltage can be minimized.

Ferner kann die Ablagerungsfläche auf einer darunterliegenden Schicht aus einem erwünschten Material gebildet werden. Beispielsweise kann die Ablagerungsschicht auf einem Substrat mit einem hohen Wärmeabstrahlwirkungsgrad gebildet werden und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung beträchtlich verbessert werden.Furthermore, the deposition surface may be formed on an underlying layer of a desired material. For example, the deposition layer may be formed on a substrate having a high heat radiation efficiency and the Reliability of the device can be considerably improved.

Die Fig. 34 ist eine schematische Teilschnittansicht eines Elektronenemissionselernentes gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren.Fig. 34 is a schematic partial sectional view of an electron emission element according to another method of the invention.

Gemäß Fig. 34 wird auf einem Substrat 801 aus Si oder dergleichen eine Isolierschicht 802 aus einem amorphen isolierenden Material wie SiO&sub2; gebildet. Die Isolierschicht 802 wird einer Fotoätzung zum Formen einer Ausnehmung 807 unterzogen. Bei diesem Ausführungsbeispiel dient eine Bodenfläche 807a der Ausnehmung 807 als Ablagerungsfläche und die Seitenwandfläche besteht aus dem isolierenden Material, wobei diese in einem einzigen Prozeß gebildet werden. Das isolierende Material kann jedoch in einem gesonderten Schritt auf die Ablagerungsfläche aufgebracht werden. Das Material des isolierenden Teiles kann das gleiche wie dasjenige der Ablagerungsfläche sein oder aus einem hiervon verschiedenen Material bestehen.As shown in Fig. 34, an insulating layer 802 made of an amorphous insulating material such as SiO2 is formed on a substrate 801 made of Si or the like. The insulating layer 802 is subjected to photoetching to form a recess 807. In this embodiment, a bottom surface 807a of the recess 807 serves as a deposition surface and the side wall surface is made of the insulating material, and these are formed in a single process. However, the insulating material may be applied to the deposition surface in a separate step. The material of the insulating part may be the same as that of the deposition surface or may be made of a different material.

Auf der Bodenfläche 807a (Ablagerungsfläche) der Ausnehmung 807 wird eine Kernbildungsbasis 803 ausgebildet, die aus einem heterogenen Material wie Si oder Si&sub3;N&sub4; besteht. Mit dem in der Kernbildungsbasis 803 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum wird ein Einkristall wie ein Si-Einkristall gezüchtet. Es wird ein leitendes Teil 804 mit einem konischen Teilbereich gebildet und auf das leitende Teil 804 wird ein wärmebeständiger leitender Film 805 aufgebracht, um dadurch eine Elektrode 808 mit einem konischen Teilbereich herzustellen. Das Material für das leitende Teil 804 ist nicht auf ein bestimmtes Material eingeschränkt, sofern ein vorbestimmter Strom hindurchfließen kann. Somit kann das leitende Material ein Halbleiter oder ein Leiter sein. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls des leitenden Teiles wird nachfolgend beschrieben.On the bottom surface 807a (deposition surface) of the recess 807, a nucleation base 803 made of a heterogeneous material such as Si or Si₃N₄ is formed. With the single nucleus formed in the nucleation base 803 as the center, a single crystal such as a Si single crystal is grown. A conductive member 804 having a tapered portion is formed, and a heat-resistant conductive film 805 is deposited on the conductive member 804 to thereby produce an electrode 808 having a tapered portion. The material for the conductive member 804 is not limited to a particular material as long as a predetermined current can flow therethrough. Thus, the conductive member 804 can be Material may be a semiconductor or a conductor. A method of forming the single crystal of the conductive part is described below.

Der wärmebeständige leitende Film 805 besteht aus W, LaB&sub6; oder dergleichen und wird auf das leitende Teil 804 nach einem beliebigen Herstellungsverfahren aufgebracht. Beispielsweise wird zum Bilden eines Filmes an einem leitenden Teil aus einem Si-Einkristall die chemische Dampfablagerung (CVD) ausgeführt, um an dem Si- Einkristall die folgende chemische Reaktion hervorzurufen:The heat-resistant conductive film 805 is made of W, LaB6 or the like and is deposited on the conductive member 804 by any manufacturing method. For example, to form a film on a conductive member made of a Si single crystal, chemical vapor deposition (CVD) is carried out to cause the following chemical reaction on the Si single crystal:

Si + WF&sub6; T W + SiF&sub4;Si + WF₆T W + SiF₄

so daß an dem Si-Einkristall-Film ein W-Film entsteht.so that a W film is formed on the Si single crystal film.

Nahe an dem konischen Teilbereich der Elektrode 808 wird über der Isolierschicht 802 eine Ableitelektrode 806 gebildet. Die Ableitelektrode 806 kann folgendermaßen gebildet werden: Die Ausnehmung 807 wird mit einem Resist gefüllt und es wird auf der Resistschicht und der Isolierschicht 802 eine Metallschicht wie eine Mo-Schicht gebildet. Die Metallschicht wird der Fotoätzung zum Formen einer Öffnung nahe an dem konischen Teilbereich der Elektrode 808 unterzogen. Zum Schluß wird der Resistfilm entfernt.Near the tapered portion of the electrode 808, a lead electrode 806 is formed over the insulating layer 802. The lead electrode 806 can be formed as follows: The recess 807 is filled with a resist, and a metal layer such as a Mo layer is formed on the resist layer and the insulating layer 802. The metal layer is subjected to photoetching to form an opening near the tapered portion of the electrode 808. Finally, the resist film is removed.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Material der Ablagerungsfläche nicht auf das isolierende Material beschränkt. Es kann auch ein Halbleitermaterial oder ein leitendes Material verwendet werden. Bei der Verwendung eines isolierenden Materials kann jedoch die dielektrische Durchbruchsspannung erhöht werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird auf das Substrat 801 die Isolierschicht 802 aufgebracht, um die Ablagerungsfläche zu bilden. Als Ablagerungsfiäche kann jedoch auch die Oberfläche eines isolierenden Substrates dienen.In this embodiment, the material of the deposition surface is not limited to the insulating material. A semiconductor material or a conductive material may also be used. However, when using an insulating material, the dielectric breakdown voltage can be increased. In this embodiment, the insulating layer 802 is applied to the substrate 801 to form the deposition surface. However, the surface of an insulating substrate can also serve as the deposition surface.

Die Fig. 35 ist eine schematische perspektivische Ansicht zum Erläutern des Leitungsanschlusses des Elektronenemissionselementes gemäß diesem AusführungsbeispielFig. 35 is a schematic perspective view for explaining the lead connection of the electron emission element according to this embodiment

Gemäß Fig. 35 känn der Anschluß dieses Elektronenemissionselementes folgendermaßen vorgenommen werden: Nachdem auf der Bodenfläche 807a der Ausnehmung 807 die Elektrode 808 mit dem konischen Teilbereich ausgebildet wurde, wird in der Isolierschicht 802 eine Rille gebildet. In der Rille wird eine Leitungsschicht 809 gebildet und mit der Elektrode 808 mit dem konischen Teilbereich verbunden. Zwischen die Leitungsschicht 809 und die Ableitelektrode 806 wird eine Spannung derart angelegt, daß das Potential der Ableitelektrode 806 höher ist als dasjenige der Leitungsschicht 809 und die Elektronenemission herbeigeführt werden kann. Bei der vorangehend beschriebenen Gestaltung wird die Ableitelektrode 806 derart gebildet, daß in dem Prozeß die Metallschicht wie die Mo-Schicht geätzt wird. Es kann jedoch nach dem Formen der Rille an die Isolierschicht 802 eine Metallplatte mit einer Öffnung angeklebt werden.According to Fig. 35, the connection of this electron emission element can be carried out as follows: After the electrode 808 having the tapered portion is formed on the bottom surface 807a of the recess 807, a groove is formed in the insulating layer 802. A conductive layer 809 is formed in the groove and connected to the electrode 808 having the tapered portion. A voltage is applied between the conductive layer 809 and the lead electrode 806 such that the potential of the lead electrode 806 is higher than that of the conductive layer 809 and the electron emission can be induced. In the above-described configuration, the lead electrode 806 is formed such that the metal layer such as the Mo layer is etched in the process. However, a metal plate having an opening may be bonded to the insulating layer 802 after the groove is formed.

Bei dem vorangehend beschriebenen Elektronenemissionselement besteht die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus dem leitenden Teil mit dem konischen Teilbereich und dem daran ausgebildeten wärmebeständigen leitenden Film. Damit kann der Elektronenemissionsbereich durch den leitenden Film mit der hohen Wärmebeständigkeit gebildet werden, um eine durch das Schmelzen dvrch die Erwärmung verursachte Verformung des konischen Teilbereiches zu verhindern. Außerdem besteht der Großteil der Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus dem leitenden Teil mit hoher Leitfähigkeit, wodurch eine unnütze Wärmeerzeugung verhindert wird.In the electron emission element described above, the electrode with the conical portion consists of the conductive part with the conical portion and the heat-resistant conductive film formed thereon. Electron emission region is formed by the conductive film having high heat resistance to prevent deformation of the tapered portion caused by melting due to heating. In addition, most of the electrode having the tapered portion is composed of the conductive portion having high conductivity, thereby preventing unnecessary heat generation.

Das leitende Teil besteht im Hinblick auf dessen Leitfähigkeit vorzugsweise aus einem Einkristall. Das Material für das leitende Teil ist jedoch nicht auf den Einkristall eingeschränkt, sondern kann ein Polykristall oder dergleichen sein. Das Verfahren zum Formen des leitenden Teils ist nicht auf das vorangehende beschriebene Verfahren zum Züchten des Einkristalls beschränkt. Obgleich das in Fig. 1 dargestellte Verfahren angewandt werden kann, hat das Einkristall-Züchtungsverfahren zum Bilden eines zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als dasjenige der Ablagerungsfläche hat, um das Bilden von nur einem einzigen Kristallkern zuzulassen, und zum Züchten des Kristalls mit dem einzigen Kern als Zentrum die folgenden Vorteile:The conductive member is preferably made of a single crystal in view of its conductivity. However, the material for the conductive member is not limited to the single crystal, but may be a polycrystal or the like. The method for forming the conductive member is not limited to the above-described method for growing the single crystal. Although the method shown in Fig. 1 can be used, the single crystal growth method for forming a heterogeneous material shaped into a micropattern having a sufficiently higher nucleation density than that of the deposition surface to allow formation of only a single crystal nucleus and for growing the crystal with the single nucleus as the center has the following advantages:

(1) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material des leitenden Teiles und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann unabhängig von den Größen der Öffnungen in dem isolierenden Teil und in der Ableitelektrode geformt werden. Daher kann eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich in einer erwünschten Größe gebildet werden und es können Abweichungen hinsichtlich ihrer Größe verhindert werden.(1) The shape of the electrode with the tapered portion is determined by the deposition area, the heterogeneous material, the material of the conductive part and the deposition conditions. The electrode with the tapered portion can be formed regardless of the sizes of the openings in the insulating part and the collector electrode. Therefore, an electrode with a tapered portion can be formed in a desired size and deviations in its size can be prevented.

(2) Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone des heterogenen Materials bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer gewünschten Stelle gebildet werden. Ein Mehrfach-Elektronenemiss ionselement kann derart gestaltet werden, daß dessen Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen gleichförmig in feinen Teilungsabständen festgelegt werden kann.(2) Since the position of the electrode having the tapered portion can be determined by the position of the heterogeneous material zone, the electrode having the tapered portion can be formed at a desired position with high accuracy. A multi-electron emission element can be designed such that its plurality of electron emission outlets can be uniformly set at fine pitches.

(3) Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich hat eine dem Einkristall eigentümliche konische Form und die Elektronenemissionsbereiche können gleichmäßig und scharf geformt werden. Daher muß nicht ein zusätzliches Verjüngungsverfahren angewandt werden und die Feldstärke kann gleichförmig und hoch sein. Es können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann verbessert werden.(3) The electrode with the tapered portion has a tapered shape peculiar to the single crystal, and the electron emission regions can be formed uniformly and sharply. Therefore, an additional tapering process does not need to be applied, and the field intensity can be uniform and high. Variation in the triggering operating voltage can be prevented, and the electron emission efficiency can be improved.

(4) Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf einfache Weise auf dem amorphen isolierenden Substrat ausgebildet werden, wodurch sich ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung ergibt.(4) Unlike the conventional case, the single crystal can be easily formed on the amorphous insulating substrate, thereby obtaining an electron emission element with a high dielectric breakdown voltage.

(5) Da das Elektronenemissionselement in dem herkömmlichen Prozeß zur Halbleiterherstellung gebildet werden kann, kann mit dem einfachen Prozeß eine hohe Packungsdichte erzielt werden.(5) Since the electron emission element can be formed in the conventional semiconductor manufacturing process, a high packing density can be achieved with the simple process.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten des Einkristalls auf der Ablagerungsfläche beschrieben.A method for growing the single crystal on the deposition surface is described below.

Zunächst wird die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf eine Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Aufbringen eines Dünnfilmes auf ein Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Die Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffizienten, die Absohderungskoeffiz ienten, die Oberflächendiffus ionsgeschwindigkeiten und dergleichen und bestimmen die Bildung des Kristallkernes bei dem Dünnfilm-Formungsprozeß.First, selective deposition is described for selectively depositing a film on a deposition surface. Selective deposition is a method for selectively depositing a thin film on a substrate by utilizing differences in factors of materials. The factors are surface energy, deposition coefficients, absorption coefficients, surface diffusion rates, and the like, and determine the formation of the crystal nucleus in the thin film forming process.

Fig. 36A ist eine schematische Darstellung einer Elektronenemissionsvorrichtung, bei der ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren angewandt wird, und Fig. 36B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereiches a in Fig. 35A.Fig. 36A is a schematic diagram of an electron emission device to which another method of the present invention is applied, and Fig. 36B is an enlarged view of a portion a in Fig. 35A.

Fig. 37 ist ein Zeitdiagramm zum Erläutern der Funktion der in Fig. 36A und 36B dargestellten Elektronenemissionsvorrichtung.Fig. 37 is a timing chart for explaining the operation of the electron emission device shown in Figs. 36A and 36B.

Gemäß Fig. 36A wird auf ein Substrat 901 eine Spannungsanlegeelektrode 902 aus einem Metall (z.B. Al, Ta, Mo oder W) oder aus einem Halbleiter (z.B. Si) aufgebracht. Auf die Spannungsanlegeelektrode 902 wird eine Isolierschicht 903 aufgebracht, die aus einem Isolator wie Al&sub2;O&sub3;, Ta&sub2;O&sub5; oder SiO&sub2; besteht und eine Dicke von 5 bis 15 nm hat. Gemäß Fig. 36B wird auf der Isolierschicht 903 an der Stelle, die der Elektrode 902 gegenüberliegt&sub1; eine Kernbildungsbasis 909 ausgebildet, die aus einem Material besteht, welches von demjenigen der Isolierschicht 903 verschieden ist. Mit dem in der Kernbildungsbasis 909 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum wird ein Einkristall wie ein Si-Einkristall gebildet, um eine Elektronenemissionselektrode 907 zu erhalten, die eine Größe von ca. 5 bis zu 1000 nm sowie einen im wesentlichen konischen Teilbereich hat.As shown in Fig. 36A, a voltage application electrode 902 made of a metal (e.g., Al, Ta, Mo, or W) or a semiconductor (e.g., Si) is deposited on a substrate 901. An insulating layer 903 made of an insulator such as Al₂O₃, Ta₂O₅, or SiO₂ and having a thickness of 5 to 15 nm is deposited on the voltage application electrode 902. As shown in Fig. 36B, a nucleus formation base 909 made of a material different from that of the insulating layer 903 is formed on the insulating layer 903 at the position opposite to the electrode 902. With the single nucleus formed in the nucleus formation base 909 as the center, a single crystal such as a Si single crystal is formed to form a To obtain an electron emission electrode 907 having a size of approximately 5 to 1000 nm and a substantially conical portion.

Auf die Isolierschicht 903 wird eine Metallschicht 904 aus Al, Au oder Pt aufgebracht und mit der Elektronenemissionselektrode 907 verbunden. Das Material der Elektrode 907 ist, nicht auf den Einkristall eingeschränkt, sondern kann stattdessen ein Polykristall sein. Bei der Verwendung des Einkristalls können jedoch die Leitfähigkeit und der Elektronenemissionswirkungsgrad der Elektrode 907 verbessert werden. Im allgemeinen ist es schwierig, einen Einkristall auf der Oberfläche von isolierendem Material zu bilden. Gemäß dem vorangehend beschriebenen Verfahren zum Formen des Einkristalls kann jedoch der Einkristall auf einfache Weise auf der Isqlierschicht gebildet werden.A metal layer 904 made of Al, Au or Pt is deposited on the insulating layer 903 and connected to the electron emission electrode 907. The material of the electrode 907 is not limited to the single crystal, but may be a polycrystal instead. However, by using the single crystal, the conductivity and electron emission efficiency of the electrode 907 can be improved. In general, it is difficult to form a single crystal on the surface of insulating material. However, according to the method for forming the single crystal described above, the single crystal can be easily formed on the insulating layer.

Es ist anzumerken, daß ein Verfahren zum Formen der Elektronenemissionselektrode 907 nachfolgend beschrieben wird.Note that a method of forming the electron emission electrode 907 will be described below.

Auf die Metallschicht 904 wird eine Isolierschicht 905 aufgebracht, die aus SiO&sub2;, Si&sub3;N&sub4; oder Polyimidharz besteht und die eine auf die Elektrode 907 zentrierte Öffnung hat. Auf die Isolierschicht 905 wird eine Ableitelektrode 906 mit einem Elektronenemissionsauslaß aufgebracht.An insulating layer 905 made of SiO2, Si3N4 or polyimide resin is deposited on the metal layer 904 and has an opening centered on the electrode 907. A drain electrode 906 having an electron emission outlet is deposited on the insulating layer 905.

Wenn zwischen die Elektrode 902 und die Metallschicht 904 eine bestimmte Spannung angelegt wird, kann die Elektrode 902 durch einen Tunneleffekt leitend mit der Elektrode 907 verbunden werden. Dabei wird aus einer Stromquelle 911 an die Ableitelektrode 906 eine Spannung derart angelegt, daß das Potential der Elektrode 906 hoch ist. Aus einer Stromquelle 910 wird an ein Target 908 eine Spannung derart angelegt, daß das Potential des Targets 908 hoch ist. Dadurch werden von dem konischen Teilbereich der Elektrode 907 weg Elektronen abgegeben.If a certain voltage is applied between the electrode 902 and the metal layer 904, the electrode 902 can be conductively connected to the electrode 907 by a tunnel effect. In this case, a voltage is applied from a current source 911 to the collector electrode 906 in such a way that the potential of the electrode 906 is high. From a current source 910 A voltage is applied to a target 908 such that the potential of the target 908 is high. As a result, electrons are emitted away from the conical portion of the electrode 907.

In der Elektronenemissionsvorrichtung mit der vorangehend beschriebenen Gestaltung werden die an die Elektrode 902 angelegte Spannung und die an die Metalischicht 904 angelegte Spannung derart gesteuert, daß die Elektronen zu einer gewünschten Zeit abgegeben werden.In the electron emission device having the above-described configuration, the voltage applied to the electrode 902 and the voltage applied to the metal layer 904 are controlled so that the electrons are emitted at a desired timing.

Gemäß der Darstellung in Fig. 36A ist an die Elektrode 902 ein Impuisgenerator 913 und an die Metallschicht 904 ein Impuisgenerator 912 angeschlossen. Gemäß Fig. 37 wird während eines Zeitabschnittes t1 an die Elektrode 902 eine negative Spannung V1 und an die Metalischicht eine Spannung V angelegt. Dabei muß die Potentialdifferenz (V1 - 0) auf einen Wert eingestellt werden, der einen vorbestimmten Wert übersteigt, bei dem die Elektronen durch den Tunneleffekt durch die Isolierschicht 903 hindurchtreten und von dem konischen Teilbereich der Elektronenemissionselektrode 907 weg abgegeben werden. Während eines Zeitabschnittes t2 werden an die Elektrode 902 eine negative Spannung V2 (> V1) und an die Metalischicht 904 eine negative Spannung V3 angelegt. Wenn die Potentialdifferenz (V3 - V2) auf einen Wert unterhalb des vorbestimmten Wertes angesetzt wird, wird der Tunnelfluß von Elektronen verhindert und die Leitung zwischen den Elektroden 902 und 907 unterbrochen. Wenn an die Metalischicht 904 die negative Spannung V1 angelegt wird und die Potentialdifferenz (V3 - V1) auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird die Tunneiströrnung verhindert. Damit wird die elektrische Trennung zwischen den Elektroden 902 und 907 aufrechterhalten.As shown in Fig. 36A, a pulse generator 913 is connected to the electrode 902 and a pulse generator 912 is connected to the metal layer 904. As shown in Fig. 37, a negative voltage V1 is applied to the electrode 902 and a voltage V is applied to the metal layer during a time period t1. The potential difference (V1 - 0) must be set to a value which exceeds a predetermined value at which the electrons pass through the insulating layer 903 by the tunnel effect and are emitted away from the conical portion of the electron emission electrode 907. During a time period t2, a negative voltage V2 (> V1) is applied to the electrode 902 and a negative voltage V3 is applied to the metal layer 904. When the potential difference (V3 - V2) is set to a value lower than the predetermined value, the tunnel flow of electrons is prevented and the conduction between the electrodes 902 and 907 is interrupted. When the negative voltage V1 is applied to the metal layer 904 and the potential difference (V3 - V1) is set to a value smaller than the predetermined value, the tunnel flow is prevented. the electrical separation between electrodes 902 and 907 is maintained.

Die vorstehend beschriebene Elektronenemissionssteuerung durch die Impulsspannungen kann auf geeignete Weise bei einer Matrix-Mehrfach-Elektronenemiss ionsvorrichtung mit einer Vielzahl von Elektronenemissionsquellen angewandt werden.The above-described electron emission control by the pulse voltages can be suitably applied to a matrix multiple electron emission device having a plurality of electron emission sources.

Die Fig. 38 ist ein Äquivalenzschaltbild eines Elektronenemissionsbereiches in der erfindungsgemäßen Mehrfach-Elektronenemissionsvorrichtung.Fig. 38 is an equivalent circuit diagram of an electron emission region in the multi-electron emission device according to the present invention.

Fig. 39A und 39B sind Zeitdiagramme zum Erläutern der Zeitsteuerung von an die in Matrixform angeordneten Elektroden angelegten Spannungen.Figs. 39A and 39B are timing charts for explaining the timing of voltages applied to the electrodes arranged in a matrix form.

Dioden 914&sub1; bis 9143&sub3; gemäß Fig. 38 haben MIM- Struktur aus jeweils Elektroden 902, der Isolierschicht 903 und den Elektronenemissionselektroden 907. Wenn durch beliebiges Wählen der Elektroden 902&sub1; bis 902&sub3; und der Metallschichten 904&sub1; bis 904&sub3; eine bestimmte Spannung angelegt wird, um die gewählte Metallschicht auf hohes Potential zu legen, werden die Dioden an den gewünschten Stellen eingeschaltet. Gemäß der Darstellung in Fig. 39A und 39B wird während eines Zeitabschnittes t4 an die Elektrode 902&sub1; eine Spannung Vi und an die Metalischichten 904&sub1; bis 904&sub3; aufeinanderfolgend die Spannung 0 V angelegt. Dadurch werden nacheinander die Dioden 914&sub1;&sub1;, 914&sub1;&sub2; und 914&sub1;&sub3; eingeschaltet. Während Zeitabschnitten t5 und t6 werden die Dioden nacheinander in der Aufeinanderfglge von der Diode 914&sub2;&sub1; bis zu der Diode 914&sub3;&sub3; eingeschaltet. Dabei ist die in Fig. 36 dargestellte Ableitelektrode 906 für die (nicht dargestellten) Elektronenemissionselektroden 907&sub1;&sub1; bis 907&sub3;&sub3; gemeinsam vorgesehen, welche mit den Metallschichten 904&sub1; bis 904&sub3; verbunden sind. Wenn zwischen die Ableitelektrode 906 und das Target 908 eine spannung derart angelegt wird, daß das Potential der Elektroden 907&sub1;&sub1; bis 907&sub3;&sub3; höher ist als dasjenige an dem Target 908, werden aus den konischen Teilbereichen der an die Dioden 914&sub1;&sub1; bis 914&sub3;&sub3; angeschlossenen Elektroden 907&sub1;&sub1; bis 907&sub3;&sub3; Elektronen abgegeben.Diodes 914₁ to 914₃ shown in Fig. 38 have an MIM structure comprising electrodes 902, insulating layer 903 and electron emission electrodes 907, respectively. When a certain voltage is applied to set the selected metal layer at a high potential by arbitrarily selecting the electrodes 902₁ to 902₃ and the metal layers 904₁ to 904₃, the diodes are turned on at the desired locations. As shown in Figs. 39A and 39B, a voltage Vi is applied to the electrode 902₁ and a voltage 0 V is applied to the metal layers 904₁ to 904₃ sequentially during a period t4. As a result, the diodes 914₁₁, 914₁₂ and 914₃ are turned on sequentially. and 914₁₃₃ are switched on. During time periods t5 and t6, the diodes are switched on one after the other in the sequence from the diode 914₂₁ to the diode 914₃₃. The discharge electrode 906 shown in Fig. 36 is for the (not 1 to 907₃₃ are provided together with electron emission electrodes 907₁₁ to 907₃₃ (shown) which are connected to the metal layers 904₁ to 904₃. When a voltage is applied between the lead electrode 906 and the target 908 such that the potential of the electrodes 907₁₁ to 907₃₃ is higher than that on the target 908, electrons are emitted from the conical portions of the electrodes 907₁₁ to 907₃₃ connected to the diodes 914₁₁ to 914₃₃.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Formen der Elektronenemissionselektrode 907 beschrieben.A method of forming the electron emission electrode 907 will be described below.

Das Einkristall-Züchtungsverfahren für das Erzeugen eines zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als die Ablagerungsfläche hat, so daß das Bilden von nur dem einzelnen Kristallkern ermöglicht ist, und für das Züchten des Kristalls mit dem einzelnen Kern als dessen Zentrum hat die folgenden Vorteile:The single crystal growth method for producing a heterogeneous material shaped into a micropattern having a sufficiently higher nucleation density than the deposition area to enable formation of only the single crystal nucleus and for growing the crystal with the single nucleus as its center has the following advantages:

(1) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material des leitenden Targets und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann unabhängig von den Größen der Öffnungen des isolierenden Teiles und der Ableitelektrode geformt werden. Daher kann eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich in einer erwünschten Größe ausgebildet werden und es können Abweichungen ihrer Größe verhindert werden.(1) The shape of the electrode with the tapered portion is determined by the deposition area, the heterogeneous material, the material of the conductive target and the deposition conditions. The electrode with the tapered portion can be formed regardless of the sizes of the openings of the insulating member and the collector electrode. Therefore, an electrode with a tapered portion can be formed in a desired size and deviations in its size can be prevented.

(2) Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone des heterogenen Materials bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden. Ein Mehrfach-Elektronenemiss lonselement kann derart gebildet werden, daß dessen Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen gleichförmig in feinen Teilungsabständen festgelegt werden.(2) Since the position of the electrode with the conical part is determined by the position of the zone of heterogeneous material, the electrode having the tapered portion can be formed at a desired location with high accuracy. A multiple electron emission element can be formed such that its plurality of electron emission outlets are uniformly set at fine pitches.

(3) Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich hat eine dem Einkristall eigentümliche konische Form und die Elektronenemissionsbereiche werden gleichmäßig und- scharf geformt. Daher muß kein zusätzliches Verjüngungsverfahren angewandt werden und die Feldstärke kann gleichförmig und hoch werden. Es können Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung verhindert werden und der Wirkungsgrad der Elektronenemission kann verbessert werden.(3) The electrode with the tapered portion has a tapered shape peculiar to the single crystal, and the electron emission regions are formed uniformly and sharply. Therefore, no additional tapering process needs to be applied, and the field strength can be made uniform and high. Differences in the triggering operating voltage can be prevented and the electron emission efficiency can be improved.

(4) Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf einfache Weise auf einem amorphen isolierenden Substrat gebildet werden, wobei sich dadurch ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung ergibt.(4) Unlike the conventional case, the single crystal can be easily formed on an amorphous insulating substrate, thereby resulting in an electron emission element with a high dielectric breakdown voltage.

(5) Da das Elektronenemissionselement mit dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß gebildet werden kann, ist durch den einfachen Prozeß eine hohe Packungsdichte erz ielbar.(5) Since the electron emission element can be formed by the conventional semiconductor manufacturing process, a high packing density can be achieved by the simple process.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten des Einkristalls auf der Ablagerungsfläche beschrieben.A method for growing the single crystal on the deposition surface is described below.

Es wird im folgenden die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf eine Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Aufbringen eines Dünnfilmes auf ein Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Die Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffiz ienten, die Absonderungskoeffizienten, die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und dergleichen und bestimmen das Bilden des Kristallkernes bei dem Dünnfilm-FormungsprozeßSelective deposition is described below for the selective application of a film to a deposition surface. Selective deposition is a process for the selective Applying a thin film to a substrate by utilizing differences in factors of materials. The factors are surface energy, deposition coefficients, segregation coefficients, surface diffusion rates and the like and determine the formation of the crystal nucleus in the thin film forming process

Die Fig. 40 ist eine schematische Teilschnittansicht für das Beschreiben einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung.Fig. 40 is a schematic partial sectional view for describing a display device according to the invention.

Die Fig. 41A ist eine vergrößerte Darstellung eines Elektronenemissionsbereiches der in Fig. 40 dargestellten Anzeigevorrichtung und die Fig. 41B ist eine Draufsicht auf den Elektronenemissionsbereich.Fig. 41A is an enlarged view of an electron emission region of the display device shown in Fig. 40, and Fig. 41B is a plan view of the electron emission region.

Gemäß Fig. 40 und 41A wird auf einem Oxidsubstrat 1001 aus einem amorphen isolierenden Material wie SiO&sub2;, welches eine Ablagerungefläche bildet, eine Vielzahl von Kernbildungsbasen 1002 aus einem heterogenen Material wie Si&sub3;N&sub4; ausgebildet. Die Kernbildungsbasen 1002 sind voneinander um gleiche Strecken beabstandet. Mit dem jeweils in der entsprechenden Kernbildungsbasis 1002 gebildeten einzelnen Kern als Zentrum wird ein Einkristall wie ein Mo-, ein W- oder ein Si-Einkristall gezüchtet. Damit können Elektroden 1007 mit jeweils einem konischen Teilbereich in einer erwünschten Größe gebildet werden. Der konische Teilbereich einer jeweiligen Elektrode 1007 dient als Elektronenemissionsbereich. Die Ablagerungsfläche außerhalb der Fläche aus dem heterogenen Material dient als eine Fläche, an der kein Kristallkern gebildet wird. Daher kann das Wachsen des Einkristalls in einem Bereich außerhalb der auf die Kernbildungsbasis 1002 zentrierten Fläche verhindert werden. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend beschrieben.40 and 41A, on an oxide substrate 1001 made of an amorphous insulating material such as SiO₂, which forms a deposition surface, a plurality of nucleation bases 1002 made of a heterogeneous material such as Si₃N₄ are formed. The nucleation bases 1002 are spaced apart from each other by equal distances. With the single nucleus formed in each nucleation base 1002 as a center, a single crystal such as a Mo, W or Si single crystal is grown. Thus, electrodes 1007 each having a tapered portion of a desired size can be formed. The tapered portion of each electrode 1007 serves as an electron emission region. The deposition surface outside the heterogeneous material surface serves as a surface where no crystal nucleus is formed. Therefore, the growth of the single crystal in a region outside the nucleation base 1002 centered surface can be prevented. A method of forming the single crystal is described below.

Es wird eine Isolierschicht 1005 aufgebracht, die aus SiO&sub2; oder dergleichen besteht und die eine auf die jeweilige Elektrode 1007 zentrierte öffnung hat, und in der Isolierschicht 1005 wird eine auf die Elektrode 1007 zentrierte schalenförmige Ausnehmung gebildet. In der Ausnehmung wird zum Herstellen einer Ableitelektrode 1003 eine Metallschicht wie eine Mo- Schicht gebildet. Auf die Ableitelektrode 1003 wird eine Isolierschicht 1006 aus SiO&sub2; oder dergleichen aufgebracht. Auf der Isolierschicht 1006 werden gemäß Fig. 41B ein Elektrodenpaar 1004&sub1; und 1004&sub3; und ein Elektrodenpaar 1004&sub2; und 1004&sub4; ausgebildet.An insulating layer 1005 made of SiO₂ or the like is deposited and has an opening centered on each electrode 1007, and a bowl-shaped recess centered on the electrode 1007 is formed in the insulating layer 1005. A metal layer such as a Mo layer is formed in the recess to form a lead electrode 1003. An insulating layer 1006 made of SiO₂ or the like is deposited on the lead electrode 1003. A pair of electrodes 1004₁ and 1004₃ and a pair of electrodes 1004₂ and 1004₄ are formed on the insulating layer 1006 as shown in Fig. 41B.

Oberhalb der Elektroden 1007 wird eine Leuchtstoffeinheit 1008 gebildet, die Flächeneinheiten 1009 enthält, welche jeweils aus einer Matrix aus drei Zeilen und drei Spalten bestehen, wobei jede Spalte oder jede Zeile aus Leuchtstoffen für Rot R, Grün G und Blau B besteht. Benachbarte Flächeneinheiten sind voneinander um eine vorbestimmte Lücke beabstandet. Die Flächeneinheiten 1009 werden gemäß den Teilungsabständen der Elektroden 1007 derart ausgebildet, daß sie jeweils den Elektroden 1007 gegenübergesetzt sind.Above the electrodes 1007, a phosphor unit 1008 is formed which includes unit areas 1009 each consisting of a matrix of three rows and three columns, each column or row consisting of phosphors for red R, green G and blue B. Adjacent unit areas are spaced apart from each other by a predetermined gap. The unit areas 1009 are formed according to the pitches of the electrodes 1007 so as to be opposite to the electrodes 1007, respectively.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Ableitelektrode 1003 bei dem Prozeß zum Formen der Metallschicht wie der Mo-Schicht gebildet. Es kann jedoch nach dem Aufbringen der Isolierschicht 1005 an die Isolierschicht 1005 eine Metallplatte mit Öffnungen angeklebt werden.In this embodiment, the lead electrode 1003 is formed in the process of forming the metal layer such as the Mo layer. However, a metal plate having openings may be bonded to the insulating layer 1005 after the insulating layer 1005 is deposited.

Nachstehend wird die Funktion der Anzeigevorrichtung mit dieser Gestaltung beschrieben.The function of the display device with this design is described below.

Die Fig. 42 zeigt den Aufbau des Elektronenernissionsbereiches der in Fig. 40 dargestellten Anzeigevorrichtung. Zum Vereinfachen der Darstellung sind die Elektroden 1004&sub1; und 1004&sub3; und die Elektroden 1004&sub2; und 1004&sub4; weggelassen.Fig. 42 shows the structure of the electron emission portion of the display device shown in Fig. 40. For simplicity of illustration, the electrodes 1004₁ and 1004₃ and the electrodes 1004₂ and 1004₄ are omitted.

Die Fig. 43 ist eine schematische Darstellung zum Erläutern der Elektronenemissionsfunktion von Anschlußleitungen und Ableitelektroden, die in Form einer Matrix angeordnet sind.Fig. 43 is a schematic diagram for explaining the electron emission function of leads and collector electrodes arranged in the form of a matrix.

Die Fig. 44 ist eine Darstellung zum Erläutern der Funktion der in Fig. 40 dargestellten Anzeigevorrichtung.Fig. 44 is a diagram for explaining the function of the display device shown in Fig. 40.

Die in Fig. 43 dargestellten Anschlußleitungen für die Elektronenemissionsbereiche können derart hergestellt werden, daß auf der Ablagerungsfläche die jeweilige Elektrode 1007 mit dem konischen Teilbereich ausgebildet wird, in der Isolierschicht eine Rille gebildet wird und in der Rille eine Leitungsschicht 10010 gebildet wird, die der Anschlußleitung nach Fig. 43 entspricht. Die Leitungsschicht 10010 wird mit der Ableitelektrode 1003 in Verbindung gebracht. Aus einer Spannungsquelle V3 wird zwischen die Leitungsschicht 10010 und die Ableitelektrode 1003 eine Spannung derart angelegt, daß das Potential an der Ableitelektrode 1003 Hz"her ist als dasjenige an der Leitungsschicht 10010 und daß aus dem konischen Teilbereich der Elektrode 1007 Elektronen abgegeben werden.The connecting lines shown in Fig. 43 for the electron emission areas can be manufactured in such a way that the respective electrode 1007 with the conical section is formed on the deposition surface, a groove is formed in the insulating layer and a conductor layer 10010 is formed in the groove, which corresponds to the connecting line according to Fig. 43. The conductor layer 10010 is connected to the collector electrode 1003. A voltage is applied from a voltage source V3 between the conductor layer 10010 and the collector electrode 1003 in such a way that the potential at the collector electrode 1003 is Hz" higher than that at the conductor layer 10010 and that electrons are emitted from the conical section of the electrode 1007.

Die Steuerung der Elektronenemission zwischen der Leitungsschicht 10010 und der Ableitelektrode 1003 erfolgt derart, daß aufeinanderfolgend an die Anschlußleitungen 10010&sub1; bis 10010&sub4; 0 V angelegt werden, an die Ableitelektroden 1003&sub1; bis 1003&sub4; jeweils Transistoren angeschlossen werden und zu einem gewünschten Zeitpunkt Spannungssignale für eine erwünschte Ableitelektrode eingegeben werden, wodurch aus der Elektrode 1007 an einer beliebigen Elektronen emittiert werden.The control of electron emission between the conductive layer 10010 and the lead electrode 1003 is carried out in such a way that 0 V is sequentially applied to the lead wires 10010₁ to 10010₄, transistors are connected to the lead electrodes 1003₁ to 1003₄, respectively, and voltage signals are input to a desired lead electrode at a desired timing, whereby electrons are emitted from the electrode 1007 at any one.

Wenn zwischen die gewählte Elektrode 1007 und die Leuchtstoffeinheit 1008 eine Spannung derart angelegt wird, daß das Potential an der Leuchtstoffeinheit 1008 höher ist als an der gewählten Elektrode 1007, treten die abgegebenen Elektronen zwischen den Elektroden 1004&sub1; und 1004&sub3; und den Elektroden 1004&sub2; und 1004&sub4; hindurch und werden auf die entsprechende Flächeneinheit 1009 der Leuchtstoffeinheit 1008 aufgestrahlt. Wenn dabei eine bestimmte Spannung aus einer Spannungsquelle V2 zwischen die Elektroden 1004&sub1; und 1004&sub3; angelegt wird, können die Elektronen in Y-Richtung nach Fig. 44 abgelenkt werden. Wenn eine bestimmte Spannung aus einer Spannungsquelle Vl zwischen die Elektroden 1004&sub2; und 1004&sub4; angelegt wird, werden die Elektronen in der X-Richtung nach Fig. 44 abgelenkt.When a voltage is applied between the selected electrode 1007 and the phosphor unit 1008 such that the potential at the phosphor unit 1008 is higher than that at the selected electrode 1007, the emitted electrons pass between the electrodes 1004₁ and 1004₃ and the electrodes 1004₂ and 1004₄ and are irradiated onto the corresponding unit area 1009 of the phosphor unit 1008. At this time, when a certain voltage from a voltage source V2 is applied between the electrodes 1004₁ and 1004₃, the electrons can be deflected in the Y direction as shown in Fig. 44. When a certain voltage from a voltage source V1 is applied between the electrodes 1004₂ and 1004₄ is applied, the electrons are deflected in the X-direction as shown in Fig. 44.

In der Anzeigevorrichtung mit der vorstehend beschriebenen Gestaltung wird die Menge an emittierten Elektronen durch das Steuern der an die Leitungsschicht 10010 und die Ableitelektrode 1003 angelegten Spannung gesteuert. Durch die an die Elektroden 1004&sub1; und 1004&sub3; und die Elektroden 1004&sub2; und 1004&sub4; angelegten Spannungen können die Elektronen zu einer erwünschten Stelle einer jeweiligen Leuchtstoffläche der Flächeneinheit 1009 gestrahlt werden.In the display device having the above-described configuration, the amount of emitted electrons is controlled by controlling the voltage applied to the conductive layer 10010 and the lead electrode 1003. By the voltages applied to the electrodes 1004₁ and 1004₃ and the electrodes 1004₂ and 1004₄, the electrons can be guided to a desired location of each Fluorescent surface of unit area 1009.

Bei diesem Ausführungsbeispiel muß die Elektrode mit dem konischen Teilbereich nicht aus einem Einkristall bestehen, sondern kann aus einem nicht monokristallinen Material wie einem Polykristall hergestellt werden. Falls jedoch die Elektrode mit dem konischen Teilbereich aus einem Einkristall besteht, können die Formen der Elektronenemissionsbereiche gleichförmig und scharf gestaltet werden. Es muß kein zusätzliches Anspitzungsverfahren angewandt werden und die Feldstärke kann gleichförmig erhöht werden.In this embodiment, the electrode having the tapered portion need not be made of a single crystal, but may be made of a non-monocrystalline material such as a polycrystal. However, if the electrode having the tapered portion is made of a single crystal, the shapes of the electron emission regions can be made uniform and sharp. No additional sharpening process needs to be applied, and the field strength can be increased uniformly.

Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können verhindert werden und es können die Leitfähigkeit und der Wirkungsgrad der Elektrqnenemiss ion verbessert werden. Das Einkristall-Züchtungsverfahren für das Bilden des zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als die Ablagerungsfläche hat, damit das Bilden von nur dem einzelnen Kristallkern ermöglicht ist, und für das Züchten des Kristalls mit dem einzelnen Kern als dessen Zentrum hat die folgenden Vorteile:Deviations in the triggering operating voltage can be prevented, and the conductivity and the electron emission efficiency can be improved. The single crystal growth method for forming the micropatterned heterogeneous material having a sufficiently higher nucleation density than the deposition area to enable formation of only the single crystal nucleus and for growing the crystal with the single nucleus as its center has the following advantages:

(1) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material des leitenden Teiles und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Es kann eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich in einer gewünschten Größe gebildet werden und es können Abweichungen ihrer Größe verhindert werden.(1) The shape of the electrode with the tapered portion is determined by the deposition area, the heterogeneous material, the material of the conductive portion and the deposition conditions. An electrode with a tapered portion can be formed in a desired size and deviations in its size can be prevented.

(2) Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone des heterogenen Materials bestimmt ist, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle gebildet werden. Ein Mehrfach- Elektronenemissionselement kann derart gebildet werden, daß dessen Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen gleichförmig in feinen Teilungsabständen festgelegt ist.(2) Since the position of the electrode having the tapered portion is determined by the position of the heterogeneous material zone, the electrode having the tapered portion can be formed at a desired position with high accuracy. A multiple electron emission element can be formed such that its plurality of electron emission outlets are uniformly set at fine pitches.

(3) Anders als bei dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf einfache Weise auf dem amorphen isolierenden Substrat ausgebildet werden, wodurch sich ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung ergibt. Da außerdem das amorphe isolierende Substrat verhältnismäßig preisgünstig ist und zu einer großen Fläche geformt werden kann, kann leicht eine großflächige Anzeigevorrichtung hergestellt werden.(3) Unlike the conventional case, the single crystal can be easily formed on the amorphous insulating substrate, thereby providing an electron emission element having a high dielectric breakdown voltage. In addition, since the amorphous insulating substrate is relatively inexpensive and can be formed into a large area, a large-area display device can be easily manufactured.

(4) Da das Elektronenemissionselement mit dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß hergestellt werden kann, ist durch den einfachen Prozeß eine hohe Packungsdichte erzielbar.(4) Since the electron emission element can be manufactured by the conventional semiconductor manufacturing process, a high packing density can be achieved by the simple process.

Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.A further embodiment of the invention is described below.

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht zum Erhalten einer Anzeigevorrichtung für niedrige Spannung ein konischer Teilbereich einer Elektrode aus zumindest einem durch Kemzüchtung gebildeten Halbleiterkristall und einem Material mit geringer Austrittsarbeit, um dadurch den Wirkungsgrad der Elektronenernission zu verbessern.In this embodiment, in order to obtain a low-voltage display device, a conical portion of an electrode is made of at least one semiconductor crystal formed by nucleus growth and a material having a low work function, thereby improving the efficiency of electron emission.

Der Halbleiterkristall kann ein p- Halbleiterkristall und/oder ein n-Halbleiterkristall sein. Bei der folgenden Beschreibung werden für das Emittieren von Elektronen ein p-Halbleiterkristall und ein Material mit geringer Austrittsarbeit verwendet.The semiconductor crystal can be a p-type semiconductor crystal and/or an n-type semiconductor crystal. In the following description, a p-type semiconductor crystal and a material with a low work function are used for emitting electrons.

Nachstehend wird das Prinzip des Elektronenemissionsvorganges beschrieben.The principle of the electron emission process is described below.

Die Fig. 46 ist ein Energiebanddiagramm eines Metall-Halbleiter-überganges.Fig. 46 is an energy band diagram of a metal-semiconductor junction.

Die Fig. 47 ist ein Energiebanddiagramm an der Oberfläche des p-Halbleiters.Fig. 47 is an energy band diagram at the surface of the p-type semiconductor.

Gemäß der Darstellung in Fig. 46 muß zum Erzielen eines NEA-Zustandes, bei dem ein Vakuumniveau Evac niedriger als das Energieniveau eines Leitungsbandes Ec des p-Halbleiters ist, auf die Oberfläche des Halbleiters ein Material für das Verringern einer Austrittsarbeit &Phi;m aufgebracht werden. Ein typisches Beispiel. für ein solches Material ist ein Alkalimetall und insbesondere Cs, Cs-O oder dergleichen. Wenn der Zustafläche, bei dem die Austrittsarbeit &Phi;1/8m an der Oberfläche des Halbleiters gering ist, und ferner der NEA-Zustand erreicht ist, können die in den p-Halbleiter injizierten Elektronen leicht emittiert werden, wodurch ein Elektronenemissionselement mit einem hohen Wirkungsgrad der Elektronenemission erzielt wird.As shown in Fig. 46, in order to achieve an NEA state in which a vacuum level Evac is lower than the energy level of a conduction band Ec of the p-type semiconductor, a material for reducing a work function Φm must be applied to the surface of the semiconductor. A typical example of such a material is an alkali metal, and in particular, Cs, Cs-O or the like. When the state in which the work function Φ1/8m is small at the surface of the semiconductor and further the NEA state is achieved, the electrons injected into the p-type semiconductor can be easily emitted, thereby achieving an electron emission element having a high electron emission efficiency.

Der Übergang zwischen dem p-Halbleiter und dem Material mit der geringen Austrittsarbeit wird in Sperrichtung :vorgespannt, um das Vakuumniveau Evac auf ein Niveau zu legen, welches niedriger ist als dasjenige des Leitungsbandes Ec des p-Halbleiters.The junction between the p-type semiconductor and the material with the low work function is reverse biased to set the vacuum level Evac to a level that is lower than that of the conduction band Ec of the p-type semiconductor.

Infolgedessen kann auf einfache Weise eine größere Energiedifferenz AE als die herkömmliche Energiedifferenz erzielt werden. Selbst wenn das Vakuumniveau Evac höher als das Energleniveau E&des Leitungsbandes des p-Halbleiters bei dem Gleichgewichtszustand ist, kann der NEA-Zustand leicht durch Verwendung eines chemisch stabilen Materials erreicht werden, welches eine verhältnismäßig hohe Austrittsarbeit &Phi;m hat, aber als Material mit geringer Austrittsarbeit definiert ist.As a result, a larger energy difference AE than the conventional energy difference can be easily achieved. Even if the vacuum level Evac is higher than the energy level E& of the conduction band of the p-type semiconductor at the equilibrium state, the NEA state can be easily achieved by using a chemically stable material which has a relatively high work function Φm but is defined as a low work function material.

Die vorstehend beschriebene Elektronenemissionsstrucktur wird zum Erzielen eines Elementes für niedrige Spannung und damit zum Verbessern des Wirkungsgrades der Elektronenemission in einer Vorrichtung verwendet, die einem Feldeffekt- Elektronenemissionselement gleichartig ist.The above-described electron emission structure is used to achieve a low voltage element and thereby improve the electron emission efficiency in a device similar to a field effect electron emission element.

Gemäß der Beschreibung in "Philips J. Res." 39, S. 59 und 60, 1984, ist es möglich, ein Elektronenemissionselement mit einem n- Halbleiterkristall und einem Material mit geringer Austrittsarbeit herzustellen.According to the description in "Philips J. Res." 39, pp. 59 and 60, 1984, it is possible to fabricate an electron emission element using an n-type semiconductor crystal and a material with a low work function.

Das Einkristall-Züchtungsverfahren für das Bilden eines zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als die Ablagerungsfläche hat, so daß das Bilden von nur dem einzelnen Kristallkern ermöglicht ist, und für das Züchten des Kristalls mit dem einzelnen Kern als Zentrum hat die folgenden Vorteile:The single crystal growth method for forming a heterogeneous material shaped into a micropattern having a sufficiently higher nucleation density than the deposition area to enable formation of only the single crystal nucleus and for growing the crystal with the single nucleus as the center has the following advantages:

(1) Der einzelne Kristallkern aus dem heterogenen Material wird nur an der Kernbildungsfläche gebildet und es wird kein Kern an dem Ablagerungsflächenbereich gebildet, welcher als Fläche dient, an der der Kern nicht gebildet wird. Daher besteht der konische Teilbereich der Elektrode nur aus einem Einkristall. Als konischer Teilbereich des Elektronenemissionsbereiches kann die dem Einkristall eigentümliche Facette genutzt werden.(1) The single crystal nucleus of the heterogeneous material is formed only at the nucleation surface and no nucleus is formed at the deposition surface area, which serves as a surface where the nucleus is not formed. Therefore, the conical part of the electrode consists only of a single crystal. The facet peculiar to the single crystal can be used as the conical part of the electron emission area.

(2) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Herstellungsbedingungen wie die Ablagerungsfläche, die Fläche des heterogenen Materials, das Material der Elektrode und die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Daher kann eine Elektrode mit eirier erwünschten Größe gebildet werden und deren Abweichungen können verhindert werden.(2) The shape of the electrode having the tapered portion is determined by the manufacturing conditions such as the deposition area, the area of the heterogeneous material, the material of the electrode and the deposition conditions. Therefore, an electrode having a desired size can be formed and its deviations can be prevented.

(3) Die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Lage der Fläche des heterogenen Materials bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann mit hoher Genauigkeit an einer-erwünschten Stelle ausgebildet werden.(3) The position of the electrode with the conical portion is determined by the position of the surface of the heterogeneous material. The electrode with the conical portion can be formed at a desired location with high accuracy.

(4) Anders als bei dem herkömmlichen Verfahren kann auf einfache Weise ein Einkristall auf einer amorphen isolierenden Fläche gebildet werden.(4) Unlike the conventional method, a single crystal can be easily formed on an amorphous insulating surface.

(5) Das Elektronenemissionselement kann gemäß dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß gebildet werden und mit dem einfachen Prozeß kann dessen Packungsdichte erhöht werden.(5) The electron emission element can be formed according to the conventional semiconductor manufacturing process, and the simple process can increase its packing density.

Unter Bezugnahme auf Fig. 49 bis 50B wird ausführlich ein Elektronenemissionselement gemäß einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben.Referring to Figs. 49 to 50B, an electron emission element according to another method of the present invention will be described in detail.

Fig. 48 ist eine schematische Teilschnittansicht dieses Elektronenemissionselernentes. Fig. 49 ist eineFig. 48 is a schematic partial sectional view of this electron emission element. Fig. 49 is a

Darstellung zum Erläutern der Funktion des Elektronenemiss jonselementes.Illustration to explain the function of the electron emission element.

Gemäß Fig. 48 und 49 wird auf ein Oxidsubstrat 1101, welches aus einem amorphen isolierenden Material wie SiO&sub2; besteht und eine Ablagerungsfläche bildet, eine Kernbildungsbasis 1102 aus einem heterogenen Material wie Si&sub3;N&sub4; aufgebracht. An einem in der jeweiligen Kernbildungsbasis 1102 gebildeten einzelnen Kristallkern als Zentrum wird ein Einkristall wie ein- Si-Einkristall gezüchtet, in den ein n-Fremdstoff eindotiert wird. Es wird eine n- Halbleiterzone 1109 gebildet. Auf der n- Halbleiterzone 1109 wird -durch Dotieren eines p Fremdstoffes eine p-Halbleiterzone 11010 gebildet. Die p-Halbleiterzone 11010 hat eine dem Einkristall eigentümliche Facette. Auf die p-Halbleiterzone 11010 wird eine 10 nm dicke Zone 11011 aus einem Material mit geringer Austrittsarbeit wie CsSi oder dergleichen aufgebracht, um eine Elektrode 11013 mit einem konischen Teilbereich herzustellen, der als Elektronenemissionsbereich dient. Ein bevorzugtes Material mit geringer Austrittsarbeit hat eine Austrittsarbeit von 2,5 eV oder weniger und kann beispielsweise Li, Na, K, Rb, Sr, Cs, Ba, Eu, Yb oder Fr sein. Wenn die Stabilisierung der Zone 11011 aus dem Material mit der geringen-Austrittsarbeit in Betracht gezogen wird, kann ein Alkalimetall-Silizid wie CsSi oder RbSi verwendet werden. Ein Verfahren zum Formen des Einkristalls wird nachfolgend beschrieben.48 and 49, a nucleation base 1102 made of a heterogeneous material such as Si₃N₄ is deposited on an oxide substrate 1101 made of an amorphous insulating material such as SiO₂ and forming a deposition surface. A single crystal such as a Si single crystal is grown with a single crystal nucleus formed in each nucleation base 1102 as a center, and an n-type impurity is doped therein. An n-type semiconductor region 1109 is formed. A p-type semiconductor region 11010 is formed on the n-type semiconductor region 1109 by doping a p-type impurity. The p-type semiconductor region 11010 has a facet peculiar to the single crystal. A 10 nm thick region 11011 made of a low work function material such as CsSi or the like is deposited on the p-type semiconductor region 11010 to form an electrode 11013 having a tapered portion serving as an electron emission region. A preferred low work function material has a work function of 2.5 eV or less and may be, for example, Li, Na, K, Rb, Sr, Cs, Ba, Eu, Yb or Fr. When stabilizing the region 11011 made of the low work function material is considered, an alkali metal silicide such as CsSi or RbSi may be used. A method of forming the single crystal is described below.

Die n-Halbleiterzone 1109 der Elektrode 11013 wird mit einer auf dem Oxidsubstrat 1191 ausgebildeten leitenden Schicht 1103 verbunden. Auf die leitende Schicht 1103 wird eine Isolierschicht 1104 aufgebracht, die aus SiO&sub2; oder dergleichen besteht und die eine auf die gebildete Elektrode 11013 zentrierte Öffnung hat. Auf der Isolierschicht 1104 wird eine mit der p-Halbleiterzone 11010 verbundene leitende Schicht 1105 gebildet. Auf die leitende Schicht 1105 wird eine Isolierschicht 1106 aufgebracht. Auf der Isolierschicht 1106 wird eine mit der Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit verbundene leitende Zone 1108 gebildet. Auf der Isolierschicht 1106 außerhalb der leitenden Zone 1108 wird eine Isolierschicht 1107 gebildet, auf die eine Ableitelektrode.11012 aufgebracht wird.The n-type semiconductor region 1109 of the electrode 11013 is connected to a conductive layer 1103 formed on the oxide substrate 1191. An insulating layer 1104 made of SiO₂ or the like is deposited on the conductive layer 1103. and which has an opening centered on the formed electrode 11013. A conductive layer 1105 connected to the p-type semiconductor region 11010 is formed on the insulating layer 1104. An insulating layer 1106 is applied to the conductive layer 1105. A conductive region 1108 connected to the region 11011 made of the material with the low work function is formed on the insulating layer 1106. An insulating layer 1107 is formed on the insulating layer 1106 outside the conductive region 1108, onto which a discharge electrode 11012 is applied.

In dem Element mit dieser Struktur wird zwischen die n-Halbleiterzone 1109 und die p-Halbleiterzone 11010 eine Spannung V2 derart angelegt, daß das Potential der p-Halbleiterzone höher ist als dasjenige der n-Halbleiterzone. Zwischen die p- Halbleiterzone 11010 und die Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit wird eine Gegenvorspannung Vi angelegt. Zwischen die p- Halbleiterzone 11010 und die Ableitelektrode 11012 wird eine Spannung V3 derart angelegt, daß das Potential der Ableitelektrode 11012 höher ist als dasjenige der p-Halbleiterzone 11010. Unter diesen Bedingungen können von der Oberfläche der Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit Elektronen abgegeben werden. Diese Funktion wird nachstehend beschrieben.In the element having this structure, a voltage V2 is applied between the n-type semiconductor region 1109 and the p-type semiconductor region 11010 such that the potential of the p-type semiconductor region is higher than that of the n-type semiconductor region. A counter-bias voltage Vi is applied between the p-type semiconductor region 11010 and the region 11011 of the low work function material. A voltage V3 is applied between the p-type semiconductor region 11010 and the drain electrode 11012 such that the potential of the drain electrode 11012 is higher than that of the p-type semiconductor region 11010. Under these conditions, electrons can be released from the surface of the region 11011 of the low work function material. This function is described below.

Fig. 50A ist ein Energiebanddiagramm bei einem Gleichgewichtszustand und Fig. 50B ist ein Energiebanddiagramm bei einem Betreiben des Elementes.Fig. 50A is an energy band diagram at an equilibrium state and Fig. 50B is an energy band diagram at an operation of the element.

Wenn gemäß Fig. 49 an den p-n-übergang die Durchlaßvorspannung V2 angelegt wird und zwischen die p-Halbleiterzone 11010 und die Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit die Sperrvorspannung Vi angelegt wird, ändert sich das Energieband gemäß der Darstellung in Fig. 50B, um den NEA-Zustand zu erreichen, bei dem das Vakuumniveau Evac um AE niedriger ist als dasjenige des Leitungsbandes Ec der p-Halbleiterzone 11010. Aus diesem Grund werden die aus der n-Halbleiterzone 1109 in die p-Halbleiterzone 11010 injizierten Elektronen von der Oberfläche der Zone 11011 aus dem Material mit der geringen Austrittsarbeit weg abgegeben und es kann daher ein hoher Elektronenemissionswirkungsgrad mit einer größeren Energiedifferenz &Delta;E als bei dem herkömmlichen Fall erzielt werden.If, as shown in Fig. 49, the forward bias voltage V2 is applied to the pn junction and between the When the reverse bias voltage Vi is applied to the p-type semiconductor region 11010 and the low work function material region 11011, the energy band changes as shown in Fig. 50B to reach the NEA state in which the vacuum level Evac is lower by AE than that of the conduction band Ec of the p-type semiconductor region 11010. For this reason, the electrons injected from the n-type semiconductor region 1109 into the p-type semiconductor region 11010 are emitted away from the surface of the low work function material region 11011, and therefore, a high electron emission efficiency can be achieved with a larger energy difference ΔE than in the conventional case.

Für das Vergrößern der Energiedifferenz &Delta;E durch Sperrvorspannung ist das Metall-Material nicht auf Cs oder Cs-O eingeschränkt, welches eine geringe Austrittsarbeit hat. Vielmehr kann das Material aus einem weiten Materialsbereich einschließlich von Alkalimetallen und Alkali-Erdmetallen gewählt werden. Es kann ein stabileres Material gewählt werden.For increasing the energy difference ΔE by reverse bias, the metal material is not limited to Cs or Cs-O, which has a low work function. Rather, the material can be selected from a wide range of materials including alkali metals and alkali earth metals. A more stable material can be selected.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird an die Ableitelektrode 11012 eine positive Spannung angelegt, so daß durch den Schottky-Effekt eine Verringerung der Austrittsarbeit auftritt. Daher kann die Emission einer größeren Elektronenmenge erzielt werden.In this embodiment, a positive voltage is applied to the collector electrode 11012, so that a reduction in the work function occurs due to the Schottky effect. Therefore, the emission of a larger amount of electrons can be achieved.

Das Einkristall-Züchtungsverfahren für das Bilden der n- und p-Halbleiterzone durch Bilden eines zu einem Mikromuster geformten heterogenen Materials, das eine ausreichend höhere Kernbildungsdichte als die Ablagerungsfläche hat, um das Bilden von nur dem einzelnen Kristallkern zuzulassen, und durch Züchten des Kristalls mit dem einzelnen Kern als Zentrum hat die folgenden Vorteile:The single crystal growth method for forming the n- and p-type semiconductor region by forming a micropatterned heterogeneous material having a sufficiently higher nucleation density than the deposition area to allow the formation of only the single crystal nucleus, and by growing of the crystal with the single nucleus as the center has the following advantages:

(1) Die Form der Elektrode mit dem konischen Teilbereich ist durch die Ablagerungsfläche, das heterogene Material, das Material des leitenden Teiles tind die Ablagerungsbedingungen bestimmt. Die Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann unabhängig von der Größe der Öffnung der Ableitelektrode geformt werden. Daher kann eine Elektrode mit einem konischen Teilbereich in einer erwünschten Größe gebildet werden und Abweichungen ihrer Größe können verhindert werden.(1) The shape of the electrode with the tapered portion is determined by the deposition surface, the heterogeneous material, the material of the conductive portion and the deposition conditions. The electrode with the tapered portion can be formed regardless of the size of the opening of the collector electrode. Therefore, an electrode with a tapered portion of a desired size can be formed and deviations in its size can be prevented.

(2) Da die Lage der Elektrode mit dem konischen Teilbereich durch die Lage der Zone aus dem heterogenen Material bestimmt werden kann, kann die Elektrode mit dem konischen Teilbereich mit hoher Genauigkeit an einer erwünschten Stelle ausgebildet werden. Es kann gleichförmig in feinen Teilungsabständen eine Vielzahl von Elektronenemissionsauslässen der Elektronenemissionsbereiche festgelegt werden.(2) Since the position of the electrode with the tapered portion can be determined by the position of the heterogeneous material zone, the electrode with the tapered portion can be formed at a desired position with high accuracy. A plurality of electron emission outlets of the electron emission regions can be uniformly set at fine pitches.

(3) Da die p-Halbleiterzone eine dem Einkristall eigentümliche konische Form hat und der Elektronenemissionsbereich gleichmäßig und scharf geformt werden kann, muß kein zusätzliches Verjüngungsverfahren angewandt werden. Die Feldstärke kann gleichförmig und hoch werden, Abweichungen hinsichtlich der Auslösebetriebsspannung können verhindert werden und die Leitfähigkeit der Elektrode mit dem konischen Teilbereich kann verbessert werden. Daher kann der Wirkungsgrad der Elektronenemission verbessert werden.(3) Since the p-type semiconductor region has a tapered shape peculiar to the single crystal and the electron emission region can be formed uniformly and sharply, no additional tapering process needs to be applied. The field intensity can become uniform and high, deviations in the triggering operating voltage can be prevented, and the conductivity of the electrode having the tapered portion can be improved. Therefore, the electron emission efficiency can be improved.

(4) Abweichend von dem herkömmlichen Fall kann der Einkristall auf einfache Weise auf dem amorphen isolierenden Substrat gebildet werden, wodurch sich ein Elektronenemissionselement mit einer hohen dielektrischen Durchbruchsspannung ergibt.(4) Different from the conventional case, the single crystal can be easily formed on the amorphous insulating substrate, thereby obtaining an electron emission element with a high dielectric breakdown voltage.

(5) Da das Elektronenemissionselement mit dem herkömmlichen Halbleiter-Herstellungsprozeß gebildet werden kann, kann durch den einfachen Prozeß eine hohe Packungsdichte erzielt werden.(5) Since the electron emission element can be formed by the conventional semiconductor manufacturing process, a high packing density can be achieved by the simple process.

Nachstehend wird ein Verfahren zum Züchten des Einkristalls auf der Ablagerungsfläche beschrieben.A method for growing the single crystal on the deposition surface is described below.

Es wird die selektive Ablagerung für das selektive Aufbringen eines Filmes auf eine Ablagerungsfläche beschrieben. Die selektive Ablagerung ist ein Verfahren zum selektiven Formen eines Dünnfilmes auf einem Substrat durch Nutzung von Unterschieden der Faktoren der Materialien. Die Faktoren sind die Oberflächenenergie, die Ablagerungskoeffiz ienten, die Absonderungskoeffizienten, die Oberflächendiffusionsgeschwindigkeiten und dergleichen und bestimmen das Bilden des Kristallkernes bei dem Dünnfilm-Formungsprozeß.Selective deposition is described for selectively depositing a film on a deposition surface. Selective deposition is a method for selectively forming a thin film on a substrate by utilizing differences in factors of the materials. The factors are surface energy, deposition coefficients, segregation coefficients, surface diffusion rates, and the like, and determine the formation of the crystal nucleus in the thin film forming process.

Claims (31)

1. Elektronenemissionselernent, das1. Electron emission element, which a) eine Isolierschicht (201), die mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (202) versehen ist, unda) an insulating layer (201) provided with a plurality of recesses (202), and b) eine auf der Isolierschicht (201) ausgebildete Ableitelektrode (205) aufweist, gekennzeichnet durchb) has a discharge electrode (205) formed on the insulating layer (201), characterized by c) eine Vielzahl von Einkristall-Elektroden (204), die einen konischen Teilbereich haben und die an der Bodenfläche der Ausnehmungen (202) angebracht sind.c) a plurality of single crystal electrodes (204) having a conical portion and attached to the bottom surface of the recesses (202). 2. Elektronenemissionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer einzelnen Ausnehmung (202) eine einzelne Elektrode (204) ausgebildet ist.2. Electron emission element according to claim 1, characterized in that a single electrode (204) is formed in a single recess (202). 3. Elektronenemissionselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (201a) auf einer erwünschten Unterlagen- schicht (207) ausgebildet ist.3. Electron emission element according to claim 1 or 2, characterized in that the insulating layer (201a) is formed on a desired underlying layer (207). 4. Elektronenemissionselernent nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkristall-Elektroden (204) zum Bilden von Elektrodenreihen angeordnet sind und Elektrodenleiterschichten (206&sub1;206&sub3;) dazu ausgebildet sind, die Elektroden (204) der Elektrodenreihen jeweils zum Bilden einer Matrixforrn zu verbinden.4. Electron emission element according to claim 1 or 3, characterized in that the single crystal electrodes (204) are arranged to form electrode rows and electrode conductor layers (206₁, 206₃) are designed to connect the electrodes (204) of the electrode rows respectively to form a matrix shape. 5. Elektronenemissionselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagenschicht (207) aus einem amorphen Material besteht.5. Electron emission element according to claim 3, characterized in that the underlying layer (207) consists of an amorphous material. 6. Elektronenemissionselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlagenschicht (401) aus einem leitenden Material besteht und daß eine Elektrode (408) mit dem konischen Teilbereich der Einkristall-Elektrode (406) an einem Einkristallkern (405) zentriert ist, der in einem an der Isolierschicht (402) gebildeten heterogenen Material gewachsen ist, wobei das heterogene Material eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher als diejenige des leitenden Materials ist, und mit einem Mikromuster versehen ist, um das Wachsen von allein dem Einkristallkern (405) zuzulassen, wobei das leitende Material durch eine in der Isolierschicht (402) gebildete Öffnung (407) hindurch mit der Elektrode (408) verbunden ist.6. An electron emission element according to claim 3, characterized in that the underlying layer (401) is made of a conductive material and that an electrode (408) is centered with the conical portion of the single crystal electrode (406) on a single crystal nucleus (405) grown in a heterogeneous material formed on the insulating layer (402), the heterogeneous material having a nucleation density sufficiently higher than that of the conductive material and being micropatterned to allow the growth of only the single crystal nucleus (405), the conductive material being connected to the electrode (408) through an opening (407) formed in the insulating layer (402). 7. Elektronenernissionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einkristall-Elektrode mit dem konischen Teilbereich ein leitendes Teil (804) ist und daß an dem leitenden Teil (804) ein hitzebeständiger leitender Film (805) gebildet ist.7. Electron emission element according to claim 1, characterized in that the single crystal electrode with the conical portion is a conductive part (804) and that a heat-resistant conductive film (805) is formed on the conductive part (804). 8. Elektronenemissionselement mit auf einer Isolierschicht (501) ausgebildeten hochohmigen Filmen (503) und an beiden Enden der hochohmigen Filme (503) ausgebildeten Elektroden (502), dadurch gekennzeichnet, daß an der Isolierschicht (501) eine Vielzahl von Zonen (506) eines heterogenen Materials gebildet ist, welches eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher ist als diejenige eines Materials der Isolierschicht (501), und mit einem Mikromuster versehen ist, um das Wachstum allein von Einkristallkernen zuzulassen, und daß die hochohmigen Filme (503) jeweils aus Einkristall-Zonen (514) mit einer Vielzahl von konischen Teilbereichen (507) gebildet sind, die an den Einkristallkernen zentriert sind, welche in den Zonen (506) des heterogenen Materials gewachsen sind.8. An electron emission element having high-resistance films (503) formed on an insulating layer (501) and electrodes (502) formed at both ends of the high-resistance films (503), characterized in that a plurality of zones (506) of a heterogeneous material having a crystal nucleus formation density sufficiently higher than that of a material of the insulating layer (501) and micropatterned to permit the growth of single crystal nuclei alone are formed on the insulating layer (501), and that the high-resistance films (503) are each formed of single crystal zones (514) having a plurality of conical portions (507) centered on the single crystal nuclei grown in the zones (506) of the heterogeneous material. 9. Elektronenemissionselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der hochohmigen Filme (503) eine Ableitelektrode (505) gebildet ist.9. Electron emission element according to claim 8, characterized in that a collector electrode (505) is formed above the high-resistance films (503). 10. Elektronenernissionselernent nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (511) auf einer erwünschten Unterlagenschicht (516) ausgebildet ist.10. Electron emission element according to claim 8 or 9, characterized in that the insulating layer (511) is formed on a desired underlayer (516). 11. Elektronenernissionsvorrichtung mit einer Vielzahl von Elektronenemissionselektroden (604) mit jeweils einem konischen Teilbereich, gekennzeichnet durch11. Electron emission device with a plurality of electron emission electrodes (604) each with a conical partial area, characterized by eine Vielzahl von Spannungsanlegeelektroden (601), die über eine Isolierschicht (602) der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden (604) gegenübergesetzt ausgebildet sind, eine Fangelektrode (605), die mit den Elektronen zu bestrahlen ist, welche von der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden (604) emittiert werden,a plurality of voltage application electrodes (601) formed opposite to the plurality of electron emission electrodes (604) via an insulating layer (602), a collecting electrode (605) to be irradiated with the electrons emitted from the plurality of electron emission electrodes (604), eine Ladungszuführvorrichtung zum Zuführen von Ladung zu der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden (604) und eine Vorrichtung (606, 611) zum Anlegen einer Spannung zwischen die Vielzahl der Spannungsanlegeelektronen (601) und die Fangelektrode (605),a charge supply device for supplying charge to the plurality of electron emission electrodes (604) and a device (606, 611) for applying a voltage between the plurality of voltage application electrodes (601) and the collecting electrode (605), wobei jede der Vielzahl der Elektronenemissionselektroden (604) aus einem Einkristall besteht.wherein each of the plurality of electron emission electrodes (604) is made of a single crystal. 12. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektronenemissionselement eine einzelne Elektronenemissionselektrode (604) aufweist.12. An electron emission device according to claim 11, characterized in that the electron emission element comprises a single electron emission electrode (604). 13. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungszuführvorrichtung eine Ableitelektrode (607) aufweist.13. Electron emission device according to claim 11 or 12, characterized in that the charge supply device has a collector electrode (607). 14. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (602) aus einem Halbleitermaterial (621) besteht.14. Electron emission device according to claim 11 or 12, characterized in that the insulating layer (602) consists of a semiconductor material (621). 15. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (606, 611) zum Anlegen der Spannung zwischen die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden (601) und die Fangelektrode (605) eine Vorrichtung (617) zum Anlegen einer Spannung an die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden (601) und einer Spannung zwischen die Vielzahl der Spannungsanlegeelektroden (601) und die Fangelektrode (605) im Zeitmultiplex enthält.15. Electron emission device according to claim 11 or 13, characterized in that the device (606, 611) for applying the voltage between the plurality of voltage application electrodes (601) and the catcher electrode (605) includes a device (617) for applying a voltage to the plurality of voltage application electrodes (601) and a voltage between the plurality of voltage application electrodes (601) and thecatcher electrode (605) in time division multiplex. 16. Elektronenemissionselernent, das eine Vielzahl von Elektronenernissionselektroden (703; 1007), die einen konischen Teilbereich haben und die an einer Ablagerungsfläche eines Substrates (701; 1001) ausgebildet sind, eine Isolierschicht (704; 1005), die an der Ablagerungsfläche ausgebildet ist und die Öffnungen (708) hat, welche jeweils an den konischen Teilbereichen zentriert sind, und eine Ableitelektrode (705; 1003) aufweist, die an der Isolierschicht (704; 1005) ausgebildet ist und die oberhalb der konischen Teilbereiche Öffnungen (707) hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenemissionselektroden (703; 1007) jeweils aus einem Einkristall bestehen.16. An electron emission element comprising a plurality of electron emission electrodes (703; 1007) having a conical portion and formed on a deposition surface of a substrate (701; 1001), an insulating layer (704; 1005) formed on the deposition surface and having openings (708) centered on the conical portions, respectively, and a discharge electrode (705; 1003) formed on the insulating layer (704; 1005) and having openings (707) above the conical portions, characterized in that the electron emission electrodes (703; 1007) each consist of a single crystal. 17. Elektronenemissionselernent nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Einkristall an einem einzelnen Kristallkern zentriert ist, der in einem auf der Ablagerungsfläche gebildeten heterogenen Material (702; 1002) gewachsen ist, wobei das heterogene Material eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher als diejenige eines Material der Ablagerungsfläche ist, und mit einem Mikromuster versehen ist, um das Wachsen von nur dem einzelnen Kristallkern zuzulassen.17. An electron emission element according to claim 16, characterized in that the single crystal is centered on a single crystal nucleus grown in a heterogeneous material (702; 1002) formed on the deposition surface, the heterogeneous material having a crystal nucleation density sufficiently higher than that of a material of the deposition surface and being micropatterned to allow the growth of only the single crystal nucleus. 18. Elektronenemissionselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (701; 1001) aus einem amorphen Isoliermaterial besteht.18. Electron emission element according to claim 16, characterized in that the substrate (701; 1001) consists of an amorphous insulating material. 19. Elektronenemissionsvorrichtung mit einem Elektronenernissionselernent nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Anlegen einer Spannung zwischen die Ableitelektrode (1003) und die Elektronenemissionselektrode (1007), eine auf der Ableitelektrode (1003) ausgebildete zweite Isolierschicht (1006) und eine auf der zweiten Isolierschicht (1006) ausgebildete Ablenkelektrode (1004).19. An electron emission device comprising an electron emission element according to any one of claims 16 to 18, characterized by a device for applying a voltage between the lead electrode (1003) and the electron emission electrode (1007), a second insulating layer (1006) formed on the lead electrode (1003) and a deflection electrode (1004) formed on the second insulating layer (1006). 20. Elektronenemissionsvorrichtung nach Anspruch 19, gekennz eichent durch Leitungselektroden (10010&sub1;-10010&sub4;), die jeweils eine Reihe von Elektronenemissionselektroden (1007) verbinden, und Leitungselektroden (1003&sub1;-1003&sub4;), welche die auf der Isolierschicht (1005) ausgebildete Ableitelektrode bilden, um eine Matrixform zu bilden.20. An electron emission device according to claim 19, characterized by conduction electrodes (10010₁-10010₄) each connecting a row of electron emission electrodes (1007) and conduction electrodes (1003₁-1003₄) constituting the lead electrode formed on the insulating layer (1005) to form a matrix shape. 21. Anzeigevorrichtung mit einer Elektronenernissionsvorrich tung gemäß Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine Leuchtstoffeinheit (1008), die der Elektronenemissionselektrode (1007) gegenübergesetzt ausgebildet ist, wobei die Leuchtstoffeinheit (1008) durch die von der Elektrode (1007) abgegebenen Elektronen erregt wird.21. A display device with an electron emission device according to claim 19 or 20, characterized by a phosphor unit (1008) which is formed opposite to the electron emission electrode (1007), wherein the phosphor unit (1008) is excited by the electrons emitted from the electrode (1007). 22. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bewegungsstreckenbereich von Elektronen, die durch die Ablenkelektrode (1004) abgelenkt sind, eine Vielzahl von Leuchtstoffbereichen (1009) ausgebildet ist, wobei der Bewegungsstreckenbereich innerhalb der Leuchtstoffeinheit (1008) liegt.22. Display device according to claim 21, characterized in that a plurality of phosphor regions (1009) are formed in a movement distance range of electrons deflected by the deflection electrode (1004), the movement distance range being located within the phosphor unit (1008). 23. Elektronenemissionselement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der konische Teilbereich der Elektrode (11013) aus einem durch Kristallkemzüchtung gebildeten Halbleiter-Einkristall und/oder einem Material mit geringer Austrittsarbeit besteht.23. Electron emission element according to one of claims 16 to 18, characterized in that the conical portion of the electrode (11013) consists of a semiconductor single crystal formed by crystal nucleus growth and/or a material with a low work function. 24. Elektronenemissionselement nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß24. Electron emission element according to one of claims 16 to 18, characterized in that der konische Teilbereich eine p-Halbleiterzone (11010) und ein Material enthält, das geringe Austrittsarbeit hat und mit der p-Halbleiterzone (11010) zum Bilden einer Grenzschicht verbunden ist, undthe conical portion contains a p-type semiconductor region (11010) and a material that has a low work function and is connected to the p-type semiconductor region (11010) to form a boundary layer, and an die Grenzschicht eine Gegenvorspannung zum Nutzen eines Negativelektronenaffinität-Zustandes (NEA-Zustandes) zum Emittieren von Elektronen aus einer Oberfläche des Materials mit der geringen Austrittsarbeit angelegt ist, wobei die Elektronen aus dem p-Halbleitersubstrat (11010) emittiert werden.a counter-bias is applied to the interface to utilize a negative electron affinity (NEA) state to emit electrons from a surface of the material with the low work function, the electrons being emitted from the p-type semiconductor substrate (11010). 25. Verfahren zum Herstellen eines Elektronenemissionselementes nach Anspruch 1 in Schritten, bei denen in einer Isolierschicht (201) eine Vielzahl von Ausnehmungen (202) gebil det wird, an den Bodenflächen der Ausnehmungen (202) eine Vielzahl von Elektronenemissionselektroden (204) mit jeweils einem konischen Teilbereich gebildet wird und auf der Isolierschicht (201) eine Ableitelektrode (205) gebildet wird, von der ein Teil nahe an zumindest den konischen Teilberei chen gebildet wird, gekennzeichnet durch einen Schritt, bei dem die Vielzahl der Elektronenernissionselektroden (204) derart gebildet wird, daß Einkristallzonen gezüchtet werden, die an Einkristallkernen in Zonen (203) aus heterogenern Material zentriert sind, welches eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher ist als diejenige des Isoliermaterials an den Bodenflächen der Ausnehmungen (202) ist, und das Wachsen allein der Einkristallkerne zuläßt.25. A method for producing an electron emission element according to claim 1, comprising the steps of forming a plurality of recesses (202) in an insulating layer (201), forming a plurality of electron emission electrodes (204) each having a conical portion on the bottom surfaces of the recesses (202), and forming a lead electrode (205) on the insulating layer (201), a portion of which is formed close to at least the conical portions, characterized by a step of forming the plurality of electron emission electrodes (204) in such a way that single crystal zones are grown which are centered on single crystal nuclei in zones (203) of heterogeneous material which has a nucleation density sufficiently higher than that of the insulating material on the bottom surfaces of the recesses (202). and allows the growth of the single crystal nuclei alone. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (201) auf einer erwünschten Unterlagenschicht (207) gebildet wird.26. The method of claim 25, characterized in that the insulating layer (201) is formed on a desired underlayer (207). 27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß27. Method according to claim 25 or 26, characterized in that die Vielzahl der Ausnehmungen (202) zum Bilden von Ausnehmungsreihen angeordnet wird,the plurality of recesses (202) are arranged to form rows of recesses, zwischen den die jeweiligen Ausnehmungsreihen bildenden Ausnehmungen (202) Nuten gebildet werden, in den Nuten jeweilige Elektrodenleitungsschichten (206&sub1;- 206&sub3;) gebildet werden,grooves are formed between the recesses (202) forming the respective recess rows, respective electrode conductor layers (206₁-206₃) are formed in the grooves, jede der Elektrodenleitungsschichten (206&sub1;-206&sub3;) zum gemeinsamen Verbinden der Elektroden (204) einer jeden der Elektrodenreihen angepaßt wird und eine Vielzahl von die Ableitelektrode bildenden Ableitelektroden (205&sub1;-205&sub4;) mit den Elektrodenleitungsschichten (206&sub1;- 206&sub3;) in Matrixforrn verbunden wird.each of the electrode line layers (206₁-206₃) is adapted for connecting the electrodes (204) of each of the electrode rows together, and a plurality of lead electrodes (205₁-205₄) forming the lead electrode are connected to the electrode line layers (206₁-206₃) in a matrix form. 28. Verfahren nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch Schritte, bei denen in den Bodenflächen der Ausnehmungen (403) eine Öffnung (404) zum teilweisen Freilegen einer Substratoberfläche gebildet wird, wobei die Substratoberfläche aus einem leitenden Material besteht, und28. Method according to claim 25, characterized by steps in which an opening (404) is formed in the bottom surfaces of the recesses (403) for partially exposing a substrate surface, wherein the substrate surface consists of a conductive material, and an dem in der Öffnung (404) freiliegenden Bereich der Oberfläche aus dem leitenden Material ein Kristall (407) gezüchtet wird und die Oberfläche aus dem leitenden Material mit der Elektrode (408) mit dem konischen Teilbereich verbunden wird.a crystal (407) is grown on the area of the surface made of the conductive material exposed in the opening (404) and the surface made of the conductive material is connected to the conical portion with the electrode (408). 29. Verfahren zum Herstellen eines Elektronenernissionselernents nach Anspruch 16 mit Schritten, bei denen auf einer Ablagerungsfläche eines Substrates (701) eine Elektronenemissionselektrode (703) mit einem konischen Teilbereich gebildet wird, auf der Ablagerungsfläche eine Isolierschicht (704) mit einer auf den konischen Teilbereich zentrierten Öffnung (708) gebildet wird und auf der Isolierschicht (704) nahe an dem konischen Teilbereich eine Ableitelektrode (705) gebildet wird, gekennzeichnet durch eine Schritt, bei dem die Elektronenemissionselektrode (703) mit dem konischen Teilbereich durch eine Einkristallzone gebildet wird, die auf einen Einkristallkern in einem auf die Ablagerungsfläche aufgebrachten heterogenen Material (702) zentriert ist, wobei das heterogene Material (702) eine Kristallkernbildungsdichte hat, die ausreichend höher ist als diejenige eines Materials des Substrates (701), und mit einem Mikromuster versehen ist, um das Wachsen allein des Einkristallkernes zuzulassen.29. A method for producing an electron emission element according to claim 16, comprising the steps of forming an electron emission electrode (703) having a conical portion on a deposition surface of a substrate (701), forming an insulating layer (704) having an opening (708) centered on the conical portion and a discharge electrode (705) is formed on the insulating layer (704) close to the conical portion, characterized by a step in which the electron emission electrode (703) with the conical portion is formed by a single crystal zone centered on a single crystal nucleus in a heterogeneous material (702) applied to the deposition surface, the heterogeneous material (702) having a nucleation density sufficiently higher than that of a material of the substrate (701) and being micropatterned to allow the growth of the single crystal nucleus alone. 30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagerungsfläche auf einer erwünschten Unterlagenschicht (709) gebildet wird.30. A method according to claim 29, characterized in that the deposition surface is formed on a desired base layer (709). 31. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichent durch Schritte, bei denen auf der Isolierschicht (704) eine Elektrodenschicht (705) gebildet wird,31. Method according to claim 29, characterized by steps in which an electrode layer (705) is formed on the insulating layer (704), in der Elektrodenschicht (705) an einer dem konischen Teilbereich entsprechenden Stelle eine Öffnung (707) gebildet wird undan opening (707) is formed in the electrode layer (705) at a location corresponding to the conical portion and durch die Öffnung (707) hindurch die Isolierschicht (704) selektiv geätzt wird, um zumindest den konischen Teilbereich freizulegen.the insulating layer (704) is selectively etched through the opening (707) in order to expose at least the conical partial region.
DE19883855482 1987-02-06 1988-02-04 Electron emitting element and its manufacturing process Expired - Fee Related DE3855482T2 (en)

Applications Claiming Priority (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2487387A JP2612565B2 (en) 1987-02-06 1987-02-06 Electron emitting device and method of manufacturing the same
JP2487287A JP2612564B2 (en) 1987-02-06 1987-02-06 Multi-type electron-emitting device and method of manufacturing the same
JP3807587A JP2609602B2 (en) 1987-02-23 1987-02-23 Electron emitting device and method of manufacturing the same
JP3807687A JP2612567B2 (en) 1987-02-23 1987-02-23 Electron-emitting device
JP4781687A JP2609604B2 (en) 1987-03-04 1987-03-04 Electron emission method and electron emission device
JP5034487A JP2561263B2 (en) 1987-03-06 1987-03-06 Method for manufacturing electron-emitting device
JP5211387A JP2612569B2 (en) 1987-03-09 1987-03-09 Electron-emitting device
JP6789287A JP2713569B2 (en) 1987-03-24 1987-03-24 Electron emission device
JP7046787A JP2616918B2 (en) 1987-03-26 1987-03-26 Display device
JP7360187A JP2612571B2 (en) 1987-03-27 1987-03-27 Electron-emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3855482D1 DE3855482D1 (en) 1996-09-26
DE3855482T2 true DE3855482T2 (en) 1997-03-20

Family

ID=27579773

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19883856492 Expired - Fee Related DE3856492T2 (en) 1987-02-06 1988-02-04 A display device containing an electron emission element
DE19883855482 Expired - Fee Related DE3855482T2 (en) 1987-02-06 1988-02-04 Electron emitting element and its manufacturing process

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19883856492 Expired - Fee Related DE3856492T2 (en) 1987-02-06 1988-02-04 A display device containing an electron emission element

Country Status (3)

Country Link
EP (2) EP0713241B1 (en)
AU (2) AU1134388A (en)
DE (2) DE3856492T2 (en)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2644287B1 (en) * 1989-03-10 1996-01-26 Thomson Csf METHOD FOR PRODUCING FIELD EMISSION TYPE ELECTRON SOURCES AND DEVICES MADE FROM SAID SOURCES
US5090932A (en) * 1988-03-25 1992-02-25 Thomson-Csf Method for the fabrication of field emission type sources, and application thereof to the making of arrays of emitters
FR2637126B1 (en) * 1988-09-23 1992-05-07 Thomson Csf COMPONENT SUCH AS DIODE, TRIODE OR FLAT AND INTEGRATED CATHODOLUMINESCENT DISPLAY DEVICE, AND MANUFACTURING METHOD
DE69033677T2 (en) * 1989-09-04 2001-05-23 Canon Kk Electron emission element and manufacturing method thereof
FR2658839B1 (en) * 1990-02-23 1997-06-20 Thomson Csf METHOD FOR CONTROLLED GROWTH OF ACICULAR CRYSTALS AND APPLICATION TO THE PRODUCTION OF POINTED MICROCATHODES.
JP2918637B2 (en) * 1990-06-27 1999-07-12 三菱電機株式会社 Micro vacuum tube and manufacturing method thereof
US5332627A (en) * 1990-10-30 1994-07-26 Sony Corporation Field emission type emitter and a method of manufacturing thereof
FR2669465B1 (en) * 1990-11-16 1996-07-12 Thomson Rech SOURCE OF ELECTRONS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF.
US5283501A (en) * 1991-07-18 1994-02-01 Motorola, Inc. Electron device employing a low/negative electron affinity electron source
US5129850A (en) * 1991-08-20 1992-07-14 Motorola, Inc. Method of making a molded field emission electron emitter employing a diamond coating
US5141460A (en) * 1991-08-20 1992-08-25 Jaskie James E Method of making a field emission electron source employing a diamond coating
US5619092A (en) * 1993-02-01 1997-04-08 Motorola Enhanced electron emitter
DE69404000T2 (en) * 1993-05-05 1998-01-29 At & T Corp Flat image display device and manufacturing process
US5514937A (en) * 1994-01-24 1996-05-07 Motorola Apparatus and method for compensating electron emission in a field emission device
JP3251466B2 (en) * 1994-06-13 2002-01-28 キヤノン株式会社 Electron beam generator having a plurality of cold cathode elements, driving method thereof, and image forming apparatus using the same
JPH0850850A (en) * 1994-08-09 1996-02-20 Agency Of Ind Science & Technol Field emission type electron emission element and its manufacture
JP3311246B2 (en) 1995-08-23 2002-08-05 キヤノン株式会社 Electron generating device, image display device, their driving circuit, and driving method
US5994834A (en) * 1997-08-22 1999-11-30 Micron Technology, Inc. Conductive address structure for field emission displays
US20060232191A1 (en) * 2005-04-15 2006-10-19 Samsung Electronics Co., Ltd. Gate-controlled electron-emitter array panel, active matrix display including the same, and method of manufacturing the panel
US8866068B2 (en) 2012-12-27 2014-10-21 Schlumberger Technology Corporation Ion source with cathode having an array of nano-sized projections

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3970887A (en) * 1974-06-19 1976-07-20 Micro-Bit Corporation Micro-structure field emission electron source
US4168213A (en) * 1976-04-29 1979-09-18 U.S. Philips Corporation Field emission device and method of forming same
JPS5679828A (en) * 1979-12-05 1981-06-30 Toshiba Corp Electron gun
DE3133786A1 (en) * 1981-08-26 1983-03-10 Battelle-Institut E.V., 6000 Frankfurt ARRANGEMENT FOR GENERATING FIELD EMISSION AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
NL8400297A (en) * 1984-02-01 1985-09-02 Philips Nv Semiconductor device for generating an electron beam.
FR2568394B1 (en) * 1984-07-27 1988-02-12 Commissariat Energie Atomique DEVICE FOR VIEWING BY CATHODOLUMINESCENCE EXCITED BY FIELD EMISSION

Also Published As

Publication number Publication date
DE3856492T2 (en) 2002-10-31
EP0713241A3 (en) 1996-06-05
EP0278405B1 (en) 1996-08-21
AU1134388A (en) 1988-08-11
EP0713241B1 (en) 2001-09-19
EP0713241A2 (en) 1996-05-22
EP0278405A3 (en) 1990-05-16
AU8774991A (en) 1992-01-09
DE3856492D1 (en) 2001-10-25
EP0278405A2 (en) 1988-08-17
AU631327B2 (en) 1992-11-19
DE3855482D1 (en) 1996-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3855482T2 (en) Electron emitting element and its manufacturing process
US5176557A (en) Electron emission element and method of manufacturing the same
US5201681A (en) Method of emitting electrons
EP0493676B1 (en) Process for manufacturing an electric conducting point from a doped semiconducting material
DE69818633T2 (en) ELECTRON EMITTING DEVICE, FIELD EMISSION DISPLAY DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF
DE69729158T2 (en) Quantum wires fabricated on a substrate and their manufacturing processes, and a component with quantum wires on a substrate
DE69632955T2 (en) MANUFACTURING METHOD FOR HIGH RESISTANCE TO CATHODIC CURRENT LIMITATION IN FIELD EMISSIONS
DE69025831T2 (en) Electron emitting device; Manufacturing method of electron emitting device, manufacturing method thereof, and display device and electron beam writing device using this device.
DE69401694T2 (en) Electron-emitting device
DE69204386T2 (en) Process for the production of a polycrystalline silicon film.
DE2413942C3 (en) Process for the manufacture of thin film field emission electron sources
EP0491976B1 (en) Method for producing a smooth polycristalline silicon layer, doped with arsenide, for large scale integrated circuits
DE69731231T2 (en) STRUCTURES, ARRANGEMENTS AND DEVICES WITH VACUUM FIELD EMISSION MICROSPITES AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
US5627111A (en) Electron emitting device and process for producing the same
DE69112171T2 (en) Field emission device and manufacturing process.
DE4315731A1 (en) Semiconductor device with macro grain substrate
DE2445879C2 (en) Method for manufacturing a semiconductor component
DE2430692A1 (en) PROCESS FOR PRODUCING CONNECTING HOLES IN INSULATING LAYERS
DE69027960T2 (en) Electron emitting element and method of manufacturing the same
EP1047095A2 (en) Field emission-type electron source and manufacturing method thereof
DE1564191B2 (en) METHOD FOR PRODUCING AN INTEGRATED SEMI-CONDUCTOR CIRCUIT WITH DIFFERENT CIRCUIT ELEMENTS, ELECTRICALLY INSULATED CIRCUIT ELEMENTS, EACH OTHER AND AGAINST A COMMON SILICONE SUBSTRATE
EP1188188B1 (en) Method for producing a multi-channel mosfet
DE69127952T2 (en) III-V compound semiconductor device, printer and display device using the same, and methods of manufacturing this device
DE4428195C1 (en) Method for producing a silicon capacitor
DE4310604C2 (en) Field emission cathode assembly, method of manufacturing the same, and flat panel display device using the same

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee