JP2000164114A - Field emission type cold cathode and manufacture thereof - Google Patents

Field emission type cold cathode and manufacture thereof

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JP2000164114A
JP2000164114A JP33542398A JP33542398A JP2000164114A JP 2000164114 A JP2000164114 A JP 2000164114A JP 33542398 A JP33542398 A JP 33542398A JP 33542398 A JP33542398 A JP 33542398A JP 2000164114 A JP2000164114 A JP 2000164114A
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insulating layer
cold cathode
field emission
substrate
layer
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Hideo Makishima
秀男 巻島
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field emission type cold cathode having a small electrostatic capacity between a gate and a cathode. SOLUTION: A field emission type cold cathode 1 for emitting electron into the vacuum is formed of a board 2 of Si, an insulating layer 3, a gate electrode 4, a second insulating layer 5, a negative electrode layer 6, cavities 7 formed in the insulating layer 3 and the gate electrode 4, and a conical emitter 8 formed in a bottom of the cavities 7. The negative electrode layer 6 is formed on the board 2, and plural emitters 8 are formed on the negative electrode layer 6, and the cold cathode 1, the negative electrode layer 6 and the emitters 8 are electrically connected to each other. An area formed with the emitter 8 is formed into an electron emitting area 9 for emitting the electron, and equally formed with an area formed with the negative electrode layer 6. The insulating layer 3 is formed on the board 2 and the negative electrode layer 6, and insulates between the gate electrode 4 and the board 2 and between the gate electrode 4 and the negative electrode layer 6, and decides a space between the gate electrode 4 and the board 2. The second insulating layer 5 is formed in the board in the peripheral part of the electron emitting area.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、真空中に電子を放
出させる電界放射冷陰極及びその製造方法に関し、更に
詳細には、ゲート−カソード間の静電容量が小さい電界
放射冷陰極及びその製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission cold cathode which emits electrons in a vacuum and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a field emission cold cathode having a small capacitance between a gate and a cathode and its manufacturing. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】微小な円錐状のエミッタと、エミッタの
すぐ近くに形成され、エミッタからの電流を引き出す機
能ならびに電流制御機能を持つ制御電極(ゲート電極)
とから構成された微小冷陰極をアレイ状に並べた電界放
射冷陰極が、C.A.Spindt等によって提案され
ている(C.A.Spindt, A thin-film field-emission cat
hode, Journal of Applied Physics, Vol.39, No.7, p
p.3504, 1968)。本明細書で、電界放射冷陰極とは、真
空中に電子を放出させる電界放射型の冷陰極である。
2. Description of the Related Art A minute conical emitter and a control electrode (gate electrode) formed in the immediate vicinity of the emitter and having a function of extracting a current from the emitter and a current control function.
And a field emission cold cathode in which micro cold cathodes composed of A. Spindt et al. (CASpindt, A thin-film field-emission cat
hode, Journal of Applied Physics, Vol. 39, No. 7, p
p.3504, 1968). In this specification, a field emission cold cathode is a field emission cold cathode that emits electrons into a vacuum.

【0003】ここで、図7を参照して、上述の電界放射
冷陰極の構成を説明する。図7(a)はこの電界放射冷
陰極の構造を示し、図7(b)はこの電界放射冷陰極を
構成する一つの微小冷陰極107の断面図を示す。図7
(a)、(b)に示すように、シリコン酸化物102
は、シリコン基板101上に形成された絶縁層であっ
て、絶縁層102の上に制御電極103が積層されてい
る。絶縁層102と制御電極103の一部は除去され
て、空洞109が形成され、空洞109中の基板101
の上に先端が尖ったエミッタ104が形成されている。
エミッタ104、制御電極103および制御電極103
と絶縁層102に形成された空洞109で微小冷陰極1
07が形成され、この微小冷陰極107をアレイ状に並
べて平面状の電子放出領域を持つ冷陰極108が形成さ
れる。
Here, the configuration of the above-mentioned field emission cold cathode will be described with reference to FIG. FIG. 7A shows the structure of the field emission cold cathode, and FIG. 7B shows a cross-sectional view of one minute cold cathode 107 constituting the field emission cold cathode. FIG.
(A) and (b), as shown in FIG.
Is an insulating layer formed on the silicon substrate 101, and the control electrode 103 is laminated on the insulating layer 102. The insulating layer 102 and a part of the control electrode 103 are removed to form a cavity 109, and the substrate 101 in the cavity 109 is formed.
An emitter 104 having a sharp tip is formed on the substrate.
Emitter 104, control electrode 103 and control electrode 103
And the cavity 109 formed in the insulating layer 102 to form the minute cold cathode 1
07 are formed, and the minute cold cathodes 107 are arranged in an array to form a cold cathode 108 having a planar electron emission region.

【0004】基板101とエミッタ104とは、電気的
に接続されており、エミッタ104とゲート電極103
の間には約50Vの電圧が印加される。絶縁層102の
厚さは約1μm、ゲート電極103の開口径も約1μm
と狭く、エミッタ104の先端は10nm程度と極めて
尖鋭に作られているので、エミッタ104の先端には強
い電界が加わる。この電界が2〜5×107 V/cm以
上になると、エミッタ105の先端から電子が放出され
る。
The substrate 101 and the emitter 104 are electrically connected, and the emitter 104 and the gate electrode 103
During this time, a voltage of about 50 V is applied. The thickness of the insulating layer 102 is about 1 μm, and the opening diameter of the gate electrode 103 is also about 1 μm.
Since the tip of the emitter 104 is very sharp, about 10 nm, a strong electric field is applied to the tip of the emitter 104. When this electric field becomes 2-5 × 10 7 V / cm or more, electrons are emitted from the tip of the emitter 105.

【0005】このような構造の微小冷陰極を基板101
の上にアレイ状に並べることにより、大きな電流を放出
する平面状の陰極(FEA陰極)が構成される。さら
に、微細加工技術を利用して微小冷陰極を高密度に並べ
れば陰極電流密度を従来の熱陰極の5から10倍以上に
できる。
A micro cold cathode having such a structure is mounted on a substrate 101.
A flat cathode (FEA cathode) that emits a large current is formed by arranging the cathodes in an array. Furthermore, if micro cold cathodes are arranged at a high density by utilizing the microfabrication technology, the cathode current density can be made 5 to 10 times or more of the conventional hot cathode.

【0006】このスピント(Spindt)型冷陰極
は、熱陰極と比較して高い陰極電流密度が得られ、放出
電子の速度分散が小さい等の利点を持つ。また、単一の
電界放射エミッタと比較して電流雑音が小さく、約10
〜数10Vの低い電圧で動作し、10-5Pa程度の比較
的悪い真空度の環境中でも動作する。
The Spindt-type cold cathode has advantages that a higher cathode current density can be obtained as compared with a hot cathode and that the speed dispersion of emitted electrons is small. Also, the current noise is smaller than that of the single field emission emitter,
It operates at a low voltage of about several tens of volts, and operates even in an environment with a relatively poor vacuum degree of about 10 −5 Pa.

【0007】FEA陰極をTWT等のマイクロ波管の電
子銃に実装する方法として、図8に示すように、陰極支
持体111にマウントされた冷陰極112をバネ113
によって、最も近傍にある集束電極(ウエーネルト電
極)114に圧接固着する技術が提案されている(特開
平10−125242号公報)。この技術によれば、ボ
ンディングワイヤやタブを用いずに、FEA陰極を電子
銃電極に接続することができるので、構造が簡単で、信
頼性が高く、高い精度で組み立てることができる。さら
に、中心軸に対して電極部品が非対称性を持たないの
で、軸対称性に優れた電位分布が得られ、高品質の電子
ビーム115を形成できる。
As a method of mounting the FEA cathode on an electron gun of a microwave tube such as a TWT, a cold cathode 112 mounted on a cathode support 111 is attached to a spring 113 as shown in FIG.
A technique has been proposed in which a pressure electrode is fixed to the closest focusing electrode (Wehnelt electrode) 114 (JP-A-10-125242). According to this technique, since the FEA cathode can be connected to the electron gun electrode without using a bonding wire or a tab, the structure is simple, the reliability is high, and the assembly can be performed with high accuracy. Further, since the electrode component does not have asymmetry with respect to the central axis, a potential distribution excellent in axial symmetry is obtained, and a high-quality electron beam 115 can be formed.

【0008】しかし、このような実装法を採ると、ゲー
ト電極とウエーネルト電極の接触を確保するため、ゲー
ト電極を電子放出領域の外側に広く形成する必要があ
る。しかるに、FEA陰極のゲート−カソード(基板)
間距離は、およそ0.3〜1μmと狭いため、ゲート−
カソード間の静電容量が大きくなる。このため、ゲート
−カソード間に高周波信号を加えて、電子ビームのON
−OFF制御や密度変調が困難になる。ゲート−カソー
ド間の静電容量を削減するには、ゲート−カソード間の
間隔を大きくする方法がある。しかし、電子放出領域の
下のゲート−カソード間隔を大きくするためには、アス
ペクト比すなわち高さ/ 底面直径の大きなエミッタを形
成する必要があり、プロセス上の困難がともなう。
However, when such a mounting method is adopted, it is necessary to form the gate electrode widely outside the electron emission region in order to secure contact between the gate electrode and the Wehnelt electrode. However, the gate-cathode (substrate) of the FEA cathode
Since the distance between the gates is as small as about 0.3 to 1 μm,
The capacitance between the cathodes increases. Therefore, a high-frequency signal is applied between the gate and the cathode to turn on the electron beam.
-OFF control and density modulation become difficult. In order to reduce the capacitance between the gate and the cathode, there is a method of increasing the distance between the gate and the cathode. However, in order to increase the gate-cathode distance beneath the electron emission region, it is necessary to form an emitter having a large aspect ratio, that is, a height / bottom diameter, which involves process difficulties.

【0009】このため、エミッタが形成された電子放出
領域の外側の絶縁層の厚さを厚くする方法が開示されて
いる。図9に示す構造は、特開平7−161286号公
報に開示された構造で、電子放出領域の外側で、少なく
ともゲート電極、配線、ボンディングパッドの下にLO
COS酸化膜を形成した断面陰極構造図が示されてい
る。また、特開平9−82248号公報には、図10に
示すように、周辺部に通常のゲート−エミッタ間絶縁層
の他に多層の絶縁層を堆積する構造が開示されている。
For this reason, a method is disclosed in which the thickness of the insulating layer outside the electron emission region where the emitter is formed is increased. The structure shown in FIG. 9 is a structure disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-161286.
A cross-sectional cathode structure diagram in which a COS oxide film is formed is shown. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82248 discloses a structure in which a multilayer insulating layer is deposited on the periphery in addition to a normal gate-emitter insulating layer as shown in FIG.

【0010】図9、及び図10の構造は、電子放出領域
外の静電容量を削減することはできるが、Si基板表面
の熱酸化や絶縁材料のスパッタ法やCVD法による堆積
で絶縁層を形成しているため、5μm以上の厚い絶縁層
を形成することは極めて困難であるので、ゲート−カソ
ード間の静電容量を大幅に削減することは不可能であ
る。
The structures shown in FIGS. 9 and 10 can reduce the capacitance outside the electron emission region. However, the insulating layer is formed by thermal oxidation of the surface of the Si substrate or deposition of the insulating material by sputtering or CVD. Since it is formed, it is extremely difficult to form a thick insulating layer of 5 μm or more, so that it is impossible to greatly reduce the capacitance between the gate and the cathode.

【0011】図11に示す電界放射冷陰極は、特開平9
−204874号公報に開示された電界放射冷陰極であ
って、n型基板の上に円形のマスクを介してp型層を形
成し、陽極化成・熱酸化によってp型層を多孔質層・絶
縁層とし、同時にp型層を作るときに形成されたn型層
の突起をエミッタとしている。絶縁層の厚さはエミッタ
の高さと等しく、絶縁層は電子放出領域に形成されてい
る。なお、本発明において開示するFEA陰極プロセス
に利用する陽極化成、熱酸化による絶縁層形成技術は、
集積回路の素子分離用としても開示されている。(特開
昭57−56942、特開昭59−16341)
The field emission cold cathode shown in FIG.
No. -208744 discloses a field emission cold cathode in which a p-type layer is formed on an n-type substrate through a circular mask, and the p-type layer is formed by anodizing and thermal oxidation to form a porous layer and an insulating layer. The projection of the n-type layer formed when the p-type layer is formed at the same time is used as the emitter. The thickness of the insulating layer is equal to the height of the emitter, and the insulating layer is formed in the electron emission region. In addition, the anodization used in the FEA cathode process disclosed in the present invention, the insulating layer forming technology by thermal oxidation,
It is also disclosed for device isolation of integrated circuits. (JP-A-57-56942, JP-A-59-16341)

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上、説明したよう
に、従来の電界放射冷陰極の構成では、ゲート−カソー
ド間の静電容量を削減することが難しく、その結果、ゲ
ート−カソード間に高周波信号を印加して、正確なオン
・オフ制御や電子ビームの密度変調を高い変調感度で行
うことが難しいという問題があった。そこで、本発明の
目的は、ゲート−カソード間の静電容量の小さい電界放
射冷陰極を提供することであり、またそのような電界放
射冷陰極を製造する方法を提供することであり、更には
そのような電界放射冷陰極を備えた電子銃を提供するこ
とである。
As described above, in the configuration of the conventional field emission cold cathode, it is difficult to reduce the capacitance between the gate and the cathode. There is a problem that it is difficult to apply a signal to perform accurate on / off control and density modulation of an electron beam with high modulation sensitivity. Therefore, an object of the present invention is to provide a field emission cold cathode having a small capacitance between a gate and a cathode, and to provide a method of manufacturing such a field emission cold cathode. An object of the present invention is to provide an electron gun equipped with such a field emission cold cathode.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る電界放射冷陰極は、半導体基板の上に
積層された第1絶縁層と、前記第1絶縁層の上に積層さ
れた導電体層と、前記第1絶縁層と前記導電体層に共通
に形成された複数の空洞と、前記空洞中に形成された先
鋭部を持つ電子放出電極と、前記空洞と前記電子放出電
極が形成された電子放出領域を取り囲むようにして基板
内に形成された第2絶縁層とを備えていることを特徴と
している。
To achieve the above object, a field emission cold cathode according to the present invention comprises a first insulating layer laminated on a semiconductor substrate, and a first insulating layer laminated on the first insulating layer. A conductive layer, a plurality of cavities commonly formed in the first insulating layer and the conductive layer, an electron emission electrode having a sharp portion formed in the cavity, A second insulating layer formed in the substrate so as to surround the electron emission region in which the electrode is formed.

【0014】好適には、前記基板と前記第1絶縁層およ
び前記電子放出電極との間の前記電子放出領域に導電性
薄膜を備えている。また、前記第2絶縁層の厚さが、5
から50μmである。更には、前記第2絶縁層の厚さ
が、前記電子放出領域を囲んで同心状に複数の段階で変
化し、周辺部になるに従い厚さが増加するようにする。
本発明では、好適には、前記第2絶縁層が、陽極化成お
よび熱酸化によって形成される。
[0014] Preferably, a conductive thin film is provided in the electron emission region between the substrate and the first insulating layer and the electron emission electrode. The thickness of the second insulating layer is 5
To 50 μm. Further, the thickness of the second insulating layer changes concentrically around the electron emission region in a plurality of steps, and the thickness increases toward the periphery.
In the present invention, preferably, the second insulating layer is formed by anodization and thermal oxidation.

【0015】本発明に係る電界放射冷陰極を製造する方
法は、n型シリコン基板にマスクを形成する工程と、陽
極化成法によって前記基板の前記マスク周辺部を多孔質
化する工程と、前記多孔質化した部分を熱酸化する工程
と、前記マスクを除去して前記基板表面を平坦化する工
程と、前記平坦化した基板上に絶縁層及び導電体層を順
次堆積する工程と、前記絶縁体層と前記導電体層とに共
通した複数の空洞を形成する工程と、前記空洞中に先鋭
部を持つ電極を形成する工程とを有することを特徴とし
ている。
The method for producing a field emission cold cathode according to the present invention comprises the steps of: forming a mask on an n-type silicon substrate; making the periphery of the mask of the substrate porous by anodizing; Thermally oxidizing the polished portion; removing the mask to planarize the substrate surface; sequentially depositing an insulating layer and a conductor layer on the planarized substrate; Forming a plurality of cavities common to the layer and the conductor layer; and forming an electrode having a sharp portion in the cavities.

【0016】電界放射エミッタアレイ(FEA)陰極
は、ゲート−カソード間の間隔が1μm 以下と狭く、電
子銃の電極に接続するためゲート電極を電子放出領域
(エミッタ形成領域)の外側にも形成しなくてはならな
い。更に、従来の堆積法や表面酸化法では、厚い酸化膜
の形成が困難であった。このため、カソード−ゲート間
の静電容量が大きく、高い周波数で電子ビームを変調す
ることは困難であった。本発明では、陽極化成法によっ
て選択的に多孔質Siを5〜50μmの深さまで形成し、
これを熱酸化する事により電子放出領域の外側に厚い酸
化膜を形成できる。ただし、多孔質Siは等方的に作ら
れるので、熱酸化・平坦化(CMP)の後に電子放出領
域に導電体層を被覆して、陽極化成プロセスの条件を緩
和し、同時に十分な静電容量削減を可能にする。
In the field emission emitter array (FEA) cathode, the distance between the gate and the cathode is as narrow as 1 μm or less, and the gate electrode is formed outside the electron emission region (emitter formation region) to connect to the electrode of the electron gun. Must-have. Further, it has been difficult to form a thick oxide film by the conventional deposition method or surface oxidation method. For this reason, the capacitance between the cathode and the gate is large, and it has been difficult to modulate the electron beam at a high frequency. In the present invention, porous Si is selectively formed to a depth of 5 to 50 μm by anodization,
By thermally oxidizing this, a thick oxide film can be formed outside the electron emission region. However, since porous Si is made isotropically, after thermal oxidation and planarization (CMP), a conductive layer is coated on the electron emission region to relax the conditions of the anodization process and at the same time to provide sufficient static electricity. Enables capacity reduction.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に、実施形態例を挙げ、添付
図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細
に説明する。実施形態例1 本実施形態例は、本発明に係る電界放射冷陰極の実施形
態の一例であって、図1(a)は実施形態例の電界放射
冷陰極の平面構造図で、図1(b)は図1(a)のAB
間の断面構造図である。本実施形態例の電界放射冷陰極
1は、図1に示すように、真空中に電子を放出する電界
放射冷陰極であって、Siの基板2、絶縁層3、ゲート
電極4、第2絶縁層5、陰極電極層6、絶縁層3と、ゲ
ート電極4に形成した空洞7、空洞7の底に形成した円
錐形のエミッタ8とから構成される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiment 1 This embodiment is an example of the embodiment of the field emission cold cathode according to the present invention, and FIG. 1A is a plan view of the field emission cold cathode of the embodiment, and FIG. b) is AB in FIG.
FIG. As shown in FIG. 1, the field emission cold cathode 1 of the present embodiment is a field emission cold cathode that emits electrons into a vacuum, and comprises a Si substrate 2, an insulating layer 3, a gate electrode 4, a second insulating It comprises a layer 5, a cathode electrode layer 6, an insulating layer 3, a cavity 7 formed in the gate electrode 4, and a conical emitter 8 formed at the bottom of the cavity 7.

【0018】陰極電極層6は、基板2の上に作られ、こ
の上に複数のエミッタ8が形成されており、冷陰極1、
陰極電極層6、及びエミッタ8は、互いに電気的に接続
されている。このエミッタ8が形成された領域が、電子
を放出する電子放出領域9となり、陰極電極層6の形成
されている領域とほぼ等しい。絶縁層3は、基板2およ
び陰極電極層6の上に形成され、ゲート電極4と基板3
および陰極電極層6の間を絶縁し、ゲート電極4と基板
2との間の間隔を決定する。第2絶縁層5は電子放出領
域の周辺部の基板中に形成されている。
The cathode electrode layer 6 is formed on the substrate 2, on which a plurality of emitters 8 are formed.
The cathode electrode layer 6 and the emitter 8 are electrically connected to each other. The region where the emitter 8 is formed becomes an electron emission region 9 for emitting electrons, and is substantially equal to the region where the cathode electrode layer 6 is formed. The insulating layer 3 is formed on the substrate 2 and the cathode electrode layer 6, and the gate electrode 4 and the substrate 3
Insulation between the gate electrode 4 and the substrate 2 is determined. The second insulating layer 5 is formed in the substrate around the electron emission region.

【0019】ゲート電極4が電子放出領域9の外側に広
く延びているのは、この部分で電子銃の集束電極と接触
させ、外部から電圧をゲート電極4に伝えるとともに、
集束電極に冷陰極を固定するためである。この構造とす
ることにより、冷陰極上の配線や、冷陰極から電子銃電
極にワイヤやタブで接続しないで済み、電子銃内の電子
ビームに軸非対称の電界を与えたり、電子ビームから見
える位置に誘電体がないので電荷蓄積の問題が発生する
のを防止できる。
The reason why the gate electrode 4 extends widely outside the electron emission region 9 is that the gate electrode 4 is brought into contact with the focusing electrode of the electron gun at this portion to transmit a voltage from the outside to the gate electrode 4, and
This is for fixing the cold cathode to the focusing electrode. This structure eliminates the need for wiring on the cold cathode or connection from the cold cathode to the electron gun electrode with wires or tabs, giving an axially asymmetric electric field to the electron beam in the electron gun, or the position visible from the electron beam. Since there is no dielectric, the problem of charge accumulation can be prevented.

【0020】実施形態例1の電界放射冷陰極の製造方法 図2を参照して、本実施形態例の電界放射冷陰極を製造
する方法を説明する。図2(a)から(e)は、それぞ
れ、本実施形態例の電界放射冷陰極を製造する際の各工
程の断面図である。先ず、図2(a)に示すように、低
抵抗のn型基板2の上の電子放出領域9付近には、基板
2を選択的に多孔質化するためのマスク11をパターン
ニングし、基板2の裏面にはオーミックコンタクト12
を形成する。なお、マスク11には窒化シリコン薄膜を
使用する。
A method of manufacturing the field emission cold cathode of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views of respective steps when manufacturing the field emission cold cathode of the embodiment. First, as shown in FIG. 2A, a mask 11 for selectively making the substrate 2 porous is patterned near the electron emission region 9 on the low-resistance n-type substrate 2. Ohmic contact 12 on the back of 2
To form The mask 11 uses a silicon nitride thin film.

【0021】次に、陽極化成あるいは陽極酸化と呼ばれ
る方法によって、図2(b)に示すように、多孔質シリ
コン層13を5〜50μmの深さまで形成する。陽極化
成法によりn型シリコン中に多孔質シリコン層を形成す
るには、フッ化水素とエタノールの混合液中で、光を照
射しながら、白金を対極として10から100mA/ c
2 程度の電流密度で通電する。
Next, as shown in FIG. 2B, a porous silicon layer 13 is formed to a depth of 5 to 50 μm by a method called anodization or anodic oxidation. In order to form a porous silicon layer in n-type silicon by anodization, in a mixed solution of hydrogen fluoride and ethanol, while irradiating light, platinum is used as a counter electrode and 10 to 100 mA / c.
It energized in m 2 about current density.

【0022】次に、図2(c)に示すように、多孔質シ
リコン層13を形成したマスク11を利用して、多孔質
シリコン層13を選択的に熱酸化することによって、多
孔質シリコン層13を酸化シリコン層に変え、第2絶縁
層5とする。熱酸化を行い、マスク11を除去した段階
では、基板2の表面は基板のシリコンが露出した部分と
酸化シリコンが露出した部分では高さに差があるため、
図2(d)に示すように、化学機械的平坦化(CMP)
プロセスによって表面を平坦にして、厚さ約5から50
μmの第2絶縁層を形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, the porous silicon layer 13 is selectively thermally oxidized by using the mask 11 on which the porous silicon layer 13 is formed, thereby forming the porous silicon layer. 13 is changed to a silicon oxide layer to form a second insulating layer 5. At the stage where the thermal oxidation is performed and the mask 11 is removed, the surface of the substrate 2 has a difference in height between a portion where the silicon is exposed and a portion where the silicon oxide is exposed,
As shown in FIG. 2D, chemical mechanical planarization (CMP)
The surface is flattened by the process and has a thickness of about 5 to 50
A second insulating layer having a thickness of μm is formed.

【0023】その後、電子放出領域9に導電材料によっ
て陰極電極層6を形成し、次に通常の電界放射エミッタ
アレイ陰極を形成するプロセス(C.A.Spindt, A thin-f
ilmfield-emission cathode, Journal of Applied Phys
ics, Vol.39, No.7, pp.3504, 1968)によって、絶縁層
3、ゲート電極4、空洞7、及び、エミッタ8を形成す
る。
Thereafter, a process of forming a cathode electrode layer 6 with a conductive material in the electron emission region 9 and then forming a normal field emission emitter array cathode (CASpindt, A thin-f
ilmfield-emission cathode, Journal of Applied Phys
ics, Vol. 39, No. 7, pp. 3504, 1968), an insulating layer 3, a gate electrode 4, a cavity 7, and an emitter 8 are formed.

【0024】次に、電界放射冷陰極1の動作を説明す
る。図1では、エミッタ8は、陰極電極層6を介して基
板2と電気的に接触している。したがって、基板2とゲ
ート電極4の間に印加された約50Vの電圧によって、
先鋭化したエミッタ8の先端には強い電界が印加され、
エミッタ8の先端からは電子が放出される。また、基板
2とゲート電極4の間に印加する電圧を変えることによ
って、陰極1から放出する電子ビーム量を変調すること
ができる。
Next, the operation of the field emission cold cathode 1 will be described. In FIG. 1, the emitter 8 is in electrical contact with the substrate 2 via the cathode electrode layer 6. Therefore, by the voltage of about 50 V applied between the substrate 2 and the gate electrode 4,
A strong electric field is applied to the tip of the sharpened emitter 8,
Electrons are emitted from the tip of the emitter 8. Also, by changing the voltage applied between the substrate 2 and the gate electrode 4, the amount of electron beam emitted from the cathode 1 can be modulated.

【0025】本実施形態例の製法によれば、第2絶縁層
5の厚さは約50μm程度までにすることができるの
で、第2絶縁層5を採用しなかった場合に比較して、電
子放出領域9以外のゲート電極4と基板2との間の静電
容量を50〜100分の1にまで削減することができ
る。従って、従来構造の冷陰極と比較して大幅な周波数
特性の向上が可能になる。なお、第2絶縁層5を形成す
るための多孔質シリコン形成プロセスは等方的な現象を
利用しているため、基板2の表面における第2絶縁層5
と基板材料の境界はマスク11の外周よりも内側にな
る。その量は多孔質シリコン形成の厚さ5〜50μmと
同程度と予想されるが、この境界は製造プロセス条件に
よって変動する可能性がある。
According to the manufacturing method of the present embodiment, the thickness of the second insulating layer 5 can be reduced to about 50 μm. The capacitance between the gate electrode 4 other than the emission region 9 and the substrate 2 can be reduced to 50-100 times. Therefore, the frequency characteristics can be greatly improved as compared with the cold cathode having the conventional structure. Since the process for forming the porous silicon for forming the second insulating layer 5 utilizes an isotropic phenomenon, the second insulating layer 5 on the surface of the substrate 2 is formed.
And the substrate material is located inside the outer periphery of the mask 11. The amount is expected to be on the order of 5 to 50 μm in thickness of the porous silicon formation, but this boundary may vary depending on manufacturing process conditions.

【0026】エミッタ8の下に導電性材料による陰極電
極層6を形成することによって、この境界の位置に拘わ
らずエミッタ8を形成できる領域が確保できる。このた
め、プロセス条件を厳しく抑えずに十分に厚い絶縁層が
形成でき、しかも、この境界が陰極電極層6の内側にな
ることも許容されるので、十分に広い範囲に厚い絶縁層
が形成できる。さらに、多孔質シリコンから形成した酸
化シリコン層の誘電率はシリコン単結晶を熱酸化した酸
化シリコンの誘電率約4よりも小さい。このように、本
発明第1実施形態例によれば、ゲート電極4と基板2の
間の絶縁層の厚さ、厚さが保たれる領域、誘電率を理想
的な状態にする事ができ、ゲート電極6と基板2の間の
静電容量を極限近くまで削減することが可能になる。さ
らに、電子放出領域9のゲート電極4と陰極電極層6と
の間の絶縁層3には熱酸化あるいはCVD等で形成した
誘電体層を使用しているので、ゲート電極4と陰極電極
層6との間を正確に規定し、再現性に優れた電子放出特
性を実現することができる。
By forming the cathode electrode layer 6 of a conductive material under the emitter 8, a region where the emitter 8 can be formed regardless of the position of the boundary can be secured. For this reason, a sufficiently thick insulating layer can be formed without severely suppressing the process conditions, and since this boundary is allowed to be inside the cathode electrode layer 6, a thick insulating layer can be formed in a sufficiently wide range. . Further, the dielectric constant of the silicon oxide layer formed from porous silicon is smaller than the dielectric constant of silicon oxide obtained by thermally oxidizing silicon single crystal, which is about 4. As described above, according to the first embodiment of the present invention, the thickness of the insulating layer between the gate electrode 4 and the substrate 2, the region where the thickness is maintained, and the dielectric constant can be set to the ideal state. In addition, the capacitance between the gate electrode 6 and the substrate 2 can be reduced to near the limit. Further, since the dielectric layer formed by thermal oxidation or CVD or the like is used for the insulating layer 3 between the gate electrode 4 and the cathode electrode layer 6 in the electron emission region 9, the gate electrode 4 and the cathode electrode layer 6 And the electron emission characteristics excellent in reproducibility can be realized.

【0027】実施形態例2 本実施形態例は、本発明に係る電界放射冷陰極の実施形
態の別の例であって、図3は実施形態例2である電界放
射冷陰極の断面構造図である。本実施形態例の電界放射
冷陰極1は、図1に示した実施形態例1と比較して、陰
極電極層6がない代わりに、第2絶縁層5の厚さが2段
階になっているところが異なる。図3に示した要素のう
ち、図1と同じ構成要素は、すべて図1と同じ符号が付
けられている。本実施形態例では、第2絶縁層5は、2
段階のプロセスで形成され、周辺部が厚く、電子放出領
域9に接した内側は外側と比較して薄くなっている。第
2絶縁層5の内周部は、エミッタ8が形成される領域よ
りも大きくなるように形成され、エミッタ8は酸化され
ない基板材料の上に確実に形成されている。
Embodiment 2 This embodiment is another example of the embodiment of the field emission cold cathode according to the present invention. FIG. 3 is a sectional structural view of the field emission cold cathode which is Embodiment 2 of the present invention. is there. The field emission cold cathode 1 of the present embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the thickness of the second insulating layer 5 is two steps instead of the absence of the cathode electrode layer 6. However, it is different. 3, the same components as those in FIG. 1 are all given the same reference numerals as in FIG. In the present embodiment, the second insulating layer 5 is composed of 2
It is formed by a step process, and the peripheral portion is thicker, and the inside in contact with the electron emission region 9 is thinner than the outside. The inner peripheral portion of the second insulating layer 5 is formed so as to be larger than a region where the emitter 8 is formed, and the emitter 8 is reliably formed on a non-oxidized substrate material.

【0028】実施形態例2の電界放射冷陰極の製造方法 図4を参照して、実施形態例の電界放射冷陰極を製造す
る方法を説明する。図4(a)から(f)は、それぞ
れ、本実施形態例の電界放射冷陰極を製造する際の各工
程の断面図である。本実施形態例の電界放射冷陰極を製
造する際には、実施形態例1と同様にして、図4(a)
に示すように、低抵抗のn型基板2の上の電子放出領域
9付近には、基板2を選択的に多孔質化するためのマス
ク11をパターンニングし、基板2の裏面にはオーミッ
クコンタクト12を形成する。次に、陽極化成あるいは
陽極酸化と呼ばれる方法によって、図4(b)に示すよ
うに、多孔質シリコン層13を5〜50μmの深さまで
形成する。
Method of Manufacturing Field Emission Cold Cathode of Second Embodiment A method of manufacturing the field emission cold cathode of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIGS. 4A to 4F are cross-sectional views of respective steps when manufacturing the field emission cold cathode of the present embodiment. When manufacturing the field emission cold cathode according to the present embodiment, as in Embodiment 1, FIG.
As shown in FIG. 5, a mask 11 for selectively making the substrate 2 porous is patterned near the electron emission region 9 on the low-resistance n-type substrate 2 and an ohmic contact is formed on the back surface of the substrate 2. 12 is formed. Next, as shown in FIG. 4B, a porous silicon layer 13 is formed to a depth of 5 to 50 μm by a method called anodization or anodic oxidation.

【0029】本実施形態例では、図4(b)に示す多孔
質シリコン層13の形成プロセス(b)に続いて、図4
(c)に示すように、外径の小さいマスク11Aを形成
して、内側に多孔質シリコンの薄い部分を形成する。
In this embodiment, following the process (b) for forming the porous silicon layer 13 shown in FIG.
As shown in (c), a mask 11A having a small outer diameter is formed, and a thin portion of porous silicon is formed inside.

【0030】電子放出領域9の直径をde、外側の多孔
質シリコン層の厚さをtf、内側の多孔質シリコン層の
厚さをtsとすると、多孔質シリコンが形成される領域
がエミッタの形成される領域よりも内側にはならないと
いう条件から、最初に作るマスク11の外径dfおよび
次に作るマスク11Aの外径dsは、 df>de+2tf+αf ds>de+2ts+αs で表される。ただし、αf、αsは余裕度で、それぞれ
tf、tsに比例した値となり、tf、tsの5〜20
%を見込めばよい。
Assuming that the diameter of the electron emission region 9 is de, the thickness of the outer porous silicon layer is tf, and the thickness of the inner porous silicon layer is ts, the region where the porous silicon is formed is the emitter forming region. The outer diameter df of the mask 11 to be formed first and the outer diameter ds of the mask 11A to be formed next are represented by df> de + 2tf + αf ds> de + 2ts + αs. Here, αf and αs are allowances, which are values proportional to tf and ts, respectively.
% Should be expected.

【0031】静電容量を小さくするには、tfを大きく
すればよいが、これに比例してαfも増加するのでdf
を小さくすることができず、容量削減に限界がある。2
ステップの多孔質シリコン層を形成して、tfを十分大
きくすると同時に、比較的小さいtsによってdsを小
さくして、電子放出領域の近くまで比較的高い精度で第
2絶縁層を形成することができる。
To decrease the capacitance, it is necessary to increase tf. However, since αf increases in proportion to this, df
Cannot be reduced, and there is a limit to capacity reduction. 2
By forming the porous silicon layer of the step, tf is made sufficiently large, and at the same time, ds is made small by relatively small ts, so that the second insulating layer can be formed with relatively high accuracy near the electron emission region. .

【0032】次いで、実施形態例1と同様に、図4
(d)、(e)及び(f)に示すようにして、実施形態
例2の電界放射冷陰極1を製造する。即ち、多孔質シリ
コン層13を形成したマスク11を利用して、多孔質シ
リコン層13を選択的に熱酸化することによって、多孔
質シリコン層13を酸化シリコン層に変え、第2絶縁層
5とする。次いで、熱酸化を行い、マスク11を除去し
た段階では、基板2の表面は基板のシリコンが露出した
部分と酸化シリコンが露出した部分では高さに差がある
ため、化学機械的平坦化(CMP)プロセスによって表
面を平坦にして、厚さ約5から50μmの第2絶縁層を
形成する。その後、電子放出領域9に導電材料によって
陰極電極層6を形成し、次に通常の電界放射エミッタア
レイ陰極を形成するプロセスによって、絶縁層3、ゲー
ト電極4、空洞7、及び、エミッタ8を形成する。
Next, as in the first embodiment, FIG.
As shown in (d), (e) and (f), the field emission cold cathode 1 of Embodiment 2 is manufactured. That is, the porous silicon layer 13 is selectively thermally oxidized using the mask 11 on which the porous silicon layer 13 is formed, so that the porous silicon layer 13 is changed to a silicon oxide layer, and the second insulating layer 5 is formed. I do. Next, at the stage where the mask 11 is removed by performing thermal oxidation, the surface of the substrate 2 has a difference in height between a portion where the silicon is exposed and a portion where the silicon oxide is exposed. 2.) Flatten the surface by the process to form a second insulating layer having a thickness of about 5 to 50 μm. Thereafter, a cathode electrode layer 6 is formed of a conductive material in the electron emission region 9, and then an insulating layer 3, a gate electrode 4, a cavity 7, and an emitter 8 are formed by a process of forming a normal field emission emitter array cathode. I do.

【0033】実施形態例2の電界放射冷陰極1は、実施
形態例1の電界放射冷陰極1と同様に動作する。本実施
形態例によれば、プロセス条件を厳しくせずに、十分厚
い第2絶縁層を形成でき、電子放出領域の近くまで第2
絶縁層を形成できるので、ゲート−基板間の静電容量を
大幅に削減することができる。なお、本実施形態例で
は、第2絶縁層5の厚さを2段階としたが、3段階以上
としても同じ効果が得られることは明らかである。
The field emission cold cathode 1 of the second embodiment operates similarly to the field emission cold cathode 1 of the first embodiment. According to this embodiment, a sufficiently thick second insulating layer can be formed without strict process conditions, and the second insulating layer can be formed close to the electron emission region.
Since the insulating layer can be formed, the capacitance between the gate and the substrate can be significantly reduced. In the present embodiment, the thickness of the second insulating layer 5 is set to two levels. However, it is apparent that the same effect can be obtained even when the thickness is set to three or more levels.

【0034】実施形態例3 本実施形態例は、本発明に係る電界放射冷陰極の実施形
態の更に別の例であって、図5は実施形態例3の電界放
射冷陰極の断面構造図である。図5に示す要素のうち、
図1と同じ構成要素はすべて図1と同じ符号が付けられ
ている。電界放射冷陰極1は、図5に示すように、ゲー
ト電極をボンディングパッドを介して電子銃の電極に接
続する冷陰極構造で、このゲート電極構造が異なること
以外は、図1に示す実施形態例1および図3に示す実施
形態例2の電界放射冷陰極の構成と同じである。図5に
示すように、ゲート電極4は、絶縁層3の上に形成され
た配線14を介してボンディングパッド15に接続され
ており、ボンディングパッド15からボンディングワイ
アで電子銃の電極に接続される。本実施形態例の電界放
射冷陰極1は、実施形態例1の電界放射冷陰極と同じよ
うに動作する。
Embodiment 3 This embodiment is still another example of the embodiment of the field emission cold cathode according to the present invention. FIG. 5 is a sectional structural view of the field emission cold cathode of Embodiment 3. is there. Of the elements shown in FIG.
All the same components as in FIG. 1 are given the same reference numerals as in FIG. The field emission cold cathode 1 has a cold cathode structure in which a gate electrode is connected to an electrode of an electron gun via a bonding pad as shown in FIG. 5, and the embodiment shown in FIG. The configuration is the same as that of the field emission cold cathodes of Example 1 and Example 2 shown in FIG. As shown in FIG. 5, the gate electrode 4 is connected to a bonding pad 15 via a wiring 14 formed on the insulating layer 3, and is connected to the electrode of the electron gun from the bonding pad 15 by a bonding wire. . The field emission cold cathode 1 of the present embodiment operates in the same manner as the field emission cold cathode of the first embodiment.

【0035】電子放出領域9周辺部、ボンディングパッ
ド部、及び配線部の面積は、電子放出領域9の面積と比
較して大きいため、この部分の静電容量を低減すること
によってゲート−基板間の静電容量を大幅に低減でき
る。
Since the area of the peripheral portion of the electron emission region 9, the bonding pad portion and the wiring portion is larger than the area of the electron emission region 9, the capacitance between this portion and the gate-substrate is reduced. Capacitance can be greatly reduced.

【0036】実施形態例4 本実施形態例は、本発明に係る電界放射冷陰極を備える
電子銃の実施形態の一例であって、図6は本実施形態例
の電子銃の構成を示す原理的な断面構造図を示す。冷陰
極1は、図6に示すように、セラミックス等の絶縁材料
の絶縁基板21の上にマウントされ、バネ性をもつ固定
金具22によって集束電極23に固定されている。集束
電極23は、金属部品24、及び絶縁部品25とともに
真空外囲器となり、絶縁部品25の先には陽極30が接
続される。集束電極23には信号入力用の端子26とこ
れを集束電極23に固定し電気的に分離する絶縁端子部
品27が接続されている。絶縁基板21には接続端子2
8がマウントされ、端子26に加えられた信号は接続線
29、接続端子28および絶縁基板21上に形成された
薄膜配線を介して冷陰極1の基板2に伝えられる。図6
には示さないが、固定金具22は2カ所で以上で絶縁基
板21を集束電極23に固定する。
Embodiment 4 This embodiment is an example of an embodiment of an electron gun provided with a field emission cold cathode according to the present invention, and FIG. 6 is a principle diagram showing the configuration of an electron gun of this embodiment. FIG. As shown in FIG. 6, the cold cathode 1 is mounted on an insulating substrate 21 made of an insulating material such as ceramics, and is fixed to a focusing electrode 23 by a fixture 22 having spring properties. The focusing electrode 23 forms a vacuum envelope together with the metal component 24 and the insulating component 25, and the anode 30 is connected to the tip of the insulating component 25. The focusing electrode 23 is connected to a signal input terminal 26 and an insulated terminal component 27 which is fixed to the focusing electrode 23 and electrically separated therefrom. The connection terminal 2 is provided on the insulating substrate 21.
8 is mounted, and a signal applied to the terminal 26 is transmitted to the substrate 2 of the cold cathode 1 via the connection line 29, the connection terminal 28, and the thin film wiring formed on the insulating substrate 21. FIG.
Although not shown, the fixing bracket 22 fixes the insulating substrate 21 to the focusing electrode 23 at two places or more.

【0037】冷陰極1の基板2、陰極電極層6、エミッ
タ8には、端子26、接続線29、接続端子28を介し
て電子ビームを変調する信号および基準電位が印加され
る。冷陰極1のゲート電極4には集束電極23を介して
基準電位に対し約50Vのゲート電圧が印加される。陽
極30には基準電位に対し数kVから10数kVの電圧
が印加される。エミッタ8の先端には強い電界が形成さ
れ、端子26に印加した信号によって電流量が変調され
た電子ビームが形成され、この電子ビームは陽極30に
開けられた穴を通り抜ける。
A signal for modulating an electron beam and a reference potential are applied to the substrate 2, the cathode electrode layer 6, and the emitter 8 of the cold cathode 1 via a terminal 26, a connection line 29, and a connection terminal 28. A gate voltage of about 50 V with respect to the reference potential is applied to the gate electrode 4 of the cold cathode 1 via the focusing electrode 23. A voltage of several kV to several tens of kV with respect to the reference potential is applied to the anode 30. A strong electric field is formed at the tip of the emitter 8, and an electron beam having a current amount modulated by a signal applied to the terminal 26 is formed. The electron beam passes through a hole formed in the anode 30.

【0038】冷陰極1におけるゲート−基板間静電容量
が十分小さく、冷陰極の基板2から端子26までの通路
に沿った集束電極23との間の静電容量が小さいので、
高い周波数まで動作することができる。また、冷陰極の
基板2から端子26までの通路の長さが十分短いのでこ
の区間の信号の損失を十分小さく抑えることができるの
で、入力信号の減衰を小さく保つことができる。
The capacitance between the gate and the substrate in the cold cathode 1 is sufficiently small, and the capacitance between the cold cathode and the focusing electrode 23 along the path from the substrate 2 to the terminal 26 is small.
It can operate up to high frequencies. In addition, since the length of the path from the cold cathode substrate 2 to the terminal 26 is sufficiently short, the signal loss in this section can be suppressed to a sufficiently small value, so that the attenuation of the input signal can be kept small.

【0039】[0039]

【発明の効果】本発明によれば、第1絶縁層と導電体層
に共通に形成された複数の空洞中に形成された先鋭部を
持つ電子放出電極と、空洞及び電子放出電極が形成され
た電子放出領域を取り囲むようにして基板内に形成され
た第2絶縁層とを備えていることにより、ゲート−カソ
ードとの静電容量が小さく、従って電子ビームのオン・
オフ制御や電子ビームの密度変調が容易な電界放射冷陰
極を実現している。
According to the present invention, an electron emission electrode having a sharp portion formed in a plurality of cavities formed in common with the first insulating layer and the conductor layer, and a cavity and an electron emission electrode are formed. And the second insulating layer formed in the substrate so as to surround the electron emission region, the capacitance between the gate and the cathode is small, and thus the ON / OFF of the electron beam is reduced.
A field emission cold cathode that facilitates off-control and density modulation of the electron beam is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】図1(a)は実施形態例の電界放射冷陰極の平
面構造図で、図1(b)は図1(a)のAB間の断面構
造図である。
FIG. 1A is a plan view of a field emission cold cathode according to an embodiment, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AB in FIG. 1A.

【図2】図2(a)から(e)は、それぞれ、実施形態
例1の電界放射冷陰極を製造する際の各工程の断面図で
ある。
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views of respective steps in manufacturing the field emission cold cathode according to the first embodiment.

【図3】実施形態例2の電界放射冷陰極の断面構造図で
ある。
FIG. 3 is a sectional structural view of a field emission cold cathode according to a second embodiment.

【図4】図4(a)から(f)は、それぞれ、本実施形
態例の電界放射冷陰極を製造する際の各工程の断面図で
ある。
FIGS. 4A to 4F are cross-sectional views of respective steps when manufacturing the field emission cold cathode of the embodiment.

【図5】実施形態例3の電界放射冷陰極の断面構造図で
ある。
FIG. 5 is a sectional structural view of a field emission cold cathode according to a third embodiment.

【図6】実施形態例4の電子銃の構成を示す原理的な断
面構造図を示す。
FIG. 6 is a principle sectional view showing the configuration of an electron gun according to a fourth embodiment.

【図7】図7(a)は従来の電界放射冷陰極の構造を示
し、図7(b)はこの従来の電界放射冷陰極を構成する
一つの微小冷陰極の断面図を示す。
FIG. 7 (a) shows a structure of a conventional field emission cold cathode, and FIG. 7 (b) is a cross-sectional view of one minute cold cathode constituting the conventional field emission cold cathode.

【図8】特開平10−125242号公報に開示された
構造を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-125242.

【図9】特開平7−161286号公報に開示された構
造を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-161286.

【図10】特開平9−82248号公報に開示された構
造を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a structure disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82248.

【図11】特開平9−204874号公報に開示された
電界放射冷陰極の構成を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a configuration of a field emission cold cathode disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-204874.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 冷陰極 2 基板 3 絶縁層 4 ゲート電極 5 第2絶縁層 6 陰極電極層 7 空洞 8 エミッタ 9 電子放出領域 11 マスク 12 オーミックコンタクト 13 多孔質シリコン層 14 配線 15 ボンディングパッド 21 絶縁基板 22 固定金具 23 集束電極 24 金属部品 25 絶縁部品 26 端子 27 絶縁端子部品 28 接続端子 29 接続線 30 陽極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cold cathode 2 Substrate 3 Insulating layer 4 Gate electrode 5 2nd insulating layer 6 Cathode electrode layer 7 Cavity 8 Emitter 9 Electron emission area 11 Mask 12 Ohmic contact 13 Porous silicon layer 14 Wiring 15 Bonding pad 21 Insulating substrate 22 Fixed metal fittings 23 Focusing electrode 24 Metal part 25 Insulation part 26 Terminal 27 Insulation terminal part 28 Connection terminal 29 Connection line 30 Anode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の上に積層された第1絶縁層
と、 前記第1絶縁層の上に積層された導電体層と、 前記第1絶縁層と前記導電体層に共通に形成された複数
の空洞と、 前記空洞中に形成された先鋭部を持つ電子放出電極と、 前記空洞と前記電子放出電極が形成された電子放出領域
を取り囲むようにして基板内に形成された第2絶縁層と
を備えていることを特徴とする電界放射冷陰極。
A first insulating layer laminated on the semiconductor substrate; a conductive layer laminated on the first insulating layer; a common conductive layer formed on the first insulating layer and the conductive layer. A plurality of cavities, an electron emission electrode having a sharpened portion formed in the cavity, and a second insulation formed in the substrate so as to surround the electron emission region in which the cavity and the electron emission electrode are formed. A field emission cold cathode, comprising:
【請求項2】 前記基板と前記第1絶縁層および前記電
子放出電極との間の前記電子放出領域に導電性薄膜を備
えたことを特徴とする請求項1に記載の電界放射冷陰
極。
2. The field emission cold cathode according to claim 1, further comprising a conductive thin film in the electron emission region between the substrate, the first insulating layer, and the electron emission electrode.
【請求項3】 前記第2絶縁層の厚さが、5から50μ
mであることを特徴とする請求項1又は2に記載の電界
放射冷陰極。
3. The thickness of the second insulating layer is 5 to 50 μm.
3. The field emission cold cathode according to claim 1, wherein m is m.
【請求項4】 前記第2絶縁層の厚さが、前記電子放出
領域を囲んで同心状に複数の段階で変化し、周辺部にな
るに従い厚さが増加することを特徴とする請求項1又は
2に記載の電界放射冷陰極。
4. The method according to claim 1, wherein the thickness of the second insulating layer changes concentrically around the electron emission region in a plurality of steps, and the thickness increases toward the periphery. Or the field emission cold cathode according to 2.
【請求項5】 前記第2絶縁層が、陽極化成および熱酸
化によって形成されることを特徴とする請求項1から4
のうちのいずれか1項に記載の電界放射冷陰極。
5. The method according to claim 1, wherein the second insulating layer is formed by anodization and thermal oxidation.
The field emission cold cathode according to any one of the above.
【請求項6】 請求項1から5のうちのいずれか1項に
記載の電界放射冷陰極のうちの少なくとも一つを備えた
ことを特徴とする電子銃。
6. An electron gun comprising at least one of the field emission cold cathodes according to claim 1. Description:
【請求項7】 n型シリコン基板にマスクを形成する工
程と、 陽極化成法によって前記基板の前記マスク周辺部を多孔
質化する工程と、 前記多孔質化した部分を熱酸化する工程と、 前記マスクを除去して前記基板表面を平坦化する工程
と、 前記平坦化した基板上に絶縁層及び導電体層を順次堆積
する工程と、 前記絶縁体層と前記導電体層とに共通した複数の空洞を
形成する工程と、 前記空洞中に先鋭部を持つ電極を形成する工程とを有す
ることを特徴とする電界放射冷陰極の製造方法。
7. a step of forming a mask on the n-type silicon substrate; a step of making the peripheral portion of the mask of the substrate porous by anodization; and a step of thermally oxidizing the porous part; Removing a mask to planarize the substrate surface; sequentially depositing an insulating layer and a conductor layer on the planarized substrate; and a plurality of layers common to the insulator layer and the conductor layer. A method for producing a field emission cold cathode, comprising: forming a cavity; and forming an electrode having a sharp portion in the cavity.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007196368A (en) * 2005-12-23 2007-08-09 Fei Co Method of fabricating nanodevice
CN113990729A (en) * 2021-10-28 2022-01-28 郑州航空工业管理学院 Quasi-macroscopic cold field emission electron gun and manufacturing method thereof

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CN113990729B (en) * 2021-10-28 2023-06-06 郑州航空工业管理学院 Quasi-macroscopic cold field emission electron gun and manufacturing method thereof

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