JP2000285790A

JP2000285790A - 電子放出素子及びその製造方法とそれを用いた電子源，撮像装置，画像形成装置

Info

Publication number: JP2000285790A
Application number: JP9062699A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kawate; 信一河手; Takeo Tsukamoto; 健夫塚本; Masato Yamanobe; 正人山野辺
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】陽極酸化絶縁層について表面の平面性を良好
にできて耐圧性も向上でき、放出電子の軌道を安定化で
き、これを用いた電子源，撮像装置，画像形成装置につ
いて、扱う情報信号の再現性（解像度）を向上できる電
子放出素子及びその製造方法とそれを用いた電子源，撮
像装置，画像形成装置を提供する。【解決手段】基板１上に、下部電極２，陽極酸化絶縁
層３，上部電極４を順に積層し、陽極酸化絶縁層３はポ
ーラス層３ｂを含む多層構造にして、少なくとも最上層
は表面が平坦で耐圧が高い緻密層３ａにする。陽極酸化
絶縁層３に、上下に貫通する細孔５を形成し、細孔５内
に炭素６を堆積させるが、これは下部電極２と電気的に
接続する状態に堆積させて電子を放出する電子放出部と
なす。陽極酸化絶縁層３の最上層を緻密層３ａとしたの
で、表面の平面性を良好にでき、その上に形成される上
部電極４の平面性を良好に保持できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基体上に下部電
極，陽極酸化絶縁層，上部電極を順に設けて、その陽極
酸化絶縁層に形成した電子放出部から電子を放出する電
子放出素子及びその製造方法とそれを用いた電子源，撮
像装置，画像形成装置に関し、とりわけ、その陽極酸化
絶縁層を多層構造にするようにした電子放出素子及びそ
の製造方法とそれを用いた電子源，撮像装置，画像形成
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、冷陰極型の電子放出素子
は、いわゆる冷電子を冷陰極から放出するものであり、
電界放出（ＦｉｅｌｄＥｍｉｓｓｉｏｎ：ＦＥ）型，
金属・絶縁層・金属（ＭｅｔａｌＩｎｓｕｌａｔｏｒ
Ｍｅｔａｌ：ＭＩＭ）型などがある。

【０００３】ＦＥ型は、例えば、Ｗ．Ｐ．Ｄｙｋｅ＆
Ｗ．Ｗ．Ｄｏｌａｎ，”Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏ
ｎ”，ＡｄｖａｎｃｅｉｎＥｌｅｃｔｒｏｎＰｈ
ｙｓｉｃｓ，８，８９（１９５６）や、Ｃ．Ａ．Ｓｐｉ
ｎｄｔ，”ＰＨＹＳＩＣＡＬＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
ｏｆｔｈｉｎ‐ｆｉｌｍｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉ
ｏｎｃａｔｈｏｄｅｓｗｉｔｈｍｏｌｙｂｄｅｎ
ｕｍｃｏｎｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４
７，５２４８（１９７６）等に開示されたものが知られ
ている。

【０００４】ＭＩＭ型は、例えば、Ｃ．Ａ．Ｍｅａ
ｄ，”ＯｐｅｒａｔｉｏｎｏｆＴｕｎｎｅｌ‐Ｅｍ
ｉｓｓｉｏｎＤｅｖｉｃｅｓ”，Ｊ．Ａｐｐｌｙ．Ｐ
ｈｙｓ．，３２，６４６（１９６１）等に開示されたも
のが知られている。

【０００５】また、最近の例では、Ｔｏｓｈｉａｋｉ．
Ｋｕｓｕｎｏｋｉ，”Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ‐ｆｒｅ
ｅｅｌｅｃｔｒｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍ
ｎｏｎ‐ｆｏｒｍｅｄｍｅｔａｌ‐ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ‐ｍｅｔａｌ（ＭＩＭ）ＣａｔｈｏｄｅｓＦａｂｒ
ｉｃａｔｅｄｂｙｌｏｗｃｕｒｒｅｎｔＡｎｏ
ｄｉｃｏｘｉｄａｔｉｏｎ”，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐ
ｌ．Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．３２（１９９３）ｐｐ．Ｌ１６
９５や、Ｍｕｔｓｕｍｉｓｕｚｕｋｉｅｔａｌ ”
ＡｎＭＩＭ‐ＣａｔｈｏｄｅＡｒｒａｙｆｏｒ
ＣａｔｈｏｄｅｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＤｉｓｐｌａ
ｙｓ”，ＩＤＷ’９６，（１９９６）Ｐ５２９等に開示
されている。

【０００６】さらにまた、例えば特開平５−１９８２５
２及び特開平５−２１１０２９等には、陽極酸化膜の細
孔を用いた電子放出素子が開示されている。この電子放
出素子は、図１０に示すように、下部電極２の上面に、
貫通孔５を有する陽極酸化絶縁層３（ポーラス層）を形
成し、その貫通孔５内に、電子放出部６を設けた構成を
採る。つまり、下部電極２は基板１上に形成し、その下
部電極２上の金属を陽極酸化して、多孔質膜の陽極酸化
絶縁層３を形成した後に、上部電極４を形成して電子放
出素子に構成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、そうし
た陽極酸化膜の細孔を用いた電子放出素子にあっては、
以下のような問題があった。

【０００８】（１）ポーラス層３は表面の平面性が悪
く、そのポーラス層３上に形成した上部電極４の平面性
も悪くなってしまうことから、素子駆動時には表面近傍
の電界に乱れができ、このため放出電子の軌道がばらつ
き、電子軌道の安定性が悪いという問題があった。従っ
て、当該素子を用いた電子源，撮像装置，画像形成装置
においては、扱う情報信号に電子軌道のばらつきが重畳
するので、再現性（解像度）が悪化してしまう。

【０００９】（２）ポーラス層３は耐圧が低く、このた
め素子駆動時にはリーク電流を生じて、電子放出の効率
が低下するという問題があり、また素子駆動時に絶縁破
壊を起こしてしまい、電子放出素子が破壊されてしまう
おそれもあった。

【００１０】そこで、本発明はそうした従来の課題に鑑
みてなされたものあって、陽極酸化絶縁層について表面
の平面性を良好にできると共に、耐圧性も向上でき、こ
れにより放出電子の軌道を安定化でき、そしてこれを用
いた電子源，撮像装置，画像形成装置について、扱う情
報信号の再現性（解像度）を向上することができる電子
放出素子及びその製造方法とそれを用いた電子源，撮像
装置，画像形成装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明の請求項１に示す電子放出素子は、基体上
に、下部電極，細孔を有する陽極酸化絶縁層，上部電極
の順なる積層構成を有し、前記陽極酸化絶縁層の細孔内
に、少なくとも炭素を有する電子放出素子において、前
記陽極酸化絶縁層はポーラス層を含む多層構造にして、
少なくとも最上層は表面が平坦で耐圧が高い緻密層とし
て構成する。

【００１２】また、請求項２に示す電子放出素子は、前
記陽極酸化絶縁層を、緻密層，ポーラス層，緻密層とな
る三層構造として構成する。

【００１３】そして、請求項３に示す電子放出素子は、
前記陽極酸化絶縁層を、アルミニウムを陽極酸化して形
成される酸化アルミニウム層として構成する。

【００１４】さらに、請求項４に示す電子放出素子は、
前記緻密層の膜厚を、電子がトンネリングしない膜厚以
上として構成する。

【００１５】また、請求項５に示す電子放出素子は、前
記緻密層の膜厚を、１０ｎｍ以上として構成する。

【００１６】また、請求項６に示す電子放出素子は、前
記緻密層の膜厚を、２０ｎｍ以上として構成する。

【００１７】また、請求項７に示す電子放出素子は、前
記陽極酸化絶縁層の細孔内の炭素が、下部電極と電気的
に接続されるように構成する。

【００１８】そして、請求項８に示す電子放出素子は、
前記炭素を、グラファイトもしくはダイヤモンドライク
カーボンとして構成する。

【００１９】さらに、請求項９に示す電子源は、請求項
１〜８のいずれかに記載の電子放出素子を、基体上に多
数配列して備えて構成する。

【００２０】また、請求項１０に示す電子源は、基体上
に帯状配線を多数配列して前記下部電極の配列群とし、
それら下部電極の配列群の上に、前記陽極酸化絶縁層を
帯状に設けると共に、さらに帯状配線を交差させて多数
配列して前記上部電極の配列群として構成する。

【００２１】そして、請求項１１に示す撮像装置は、平
行に離間させた第一基板と第二基板の隙間に枠部材を設
けて封止した真空容器内に、請求項９または１０に記載
の電子源を、光導電部材と対向させて備えて構成する。

【００２２】さらに、請求項１２に示す画像形成装置
は、平行に離間させた第一基板と第二基板の隙間に枠部
材を設けて封止した真空容器内に、請求項９または１０
に記載の電子源を、画像形成部材と対向させて備て構成
する。

【００２３】また、請求項１３に示す電子放出素子の製
造方法は、基体上に下部電極を形成する工程１と、前記
工程１で形成した下部電極あるいは多層化の前工程で形
成した陽極酸化層を陽極酸化して、表面が平坦で耐圧が
高い緻密層を形成する工程２と、前記工程２で形成した
緻密層あるいは多層化の前工程で形成した陽極酸化絶縁
層の下に、上下に貫通する細孔を持つポーラス層を陽極
酸化により形成する工程３と、前記工程２，３を適宜に
繰り返して形成した多層の陽極酸化絶縁層の上に上部電
極を形成する工程４と、有機材料の存在下で、前記上部
電極と下部電極との間に電圧を印加する工程５とを有し
て行う。

【００２４】そして、請求項１４に示す電子放出素子の
製造方法は、前記工程２での緻密層を形成する陽極酸化
を、弱酸性の溶液中で定電流を通電する陽極酸化とし、
前記工程３でのポーラス層を形成する陽極酸化を、強酸
性の溶液中で定電圧を印加する陽極酸化として行う。

【００２５】以上の構成により請求項１の電子放出素子
は、陽極酸化絶縁層がポーラス層を含む多層構造とさ
れ、少なくとも最上層が緻密層とされる。この緻密層は
ポーラス層と比較して表面が平坦で耐圧が高い。ここ
に、陽極酸化絶縁層の最上層を緻密層としたので、陽極
酸化絶縁層について表面の平面性を良好にでき、その上
に形成される上部電極の平面性を良好に保持できる。

【００２６】また、最上層の緻密層は耐圧がポーラス層
よりも高いので、当該素子の耐圧性も向上でき、リーク
電流を小さく抑えることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる電子放出素
子及びその製造方法の実施形態を添付図面に基づいて説
明する。

【００２８】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態を示す電子放出素子であり、（ａ）はその断面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ部分を拡大した斜視図である。
そして、図２は、図１のの一部を拡大した断面図であ
る。

【００２９】図１において、１は基板、２は下部電極、
３は陽極酸化絶縁層、４は上部電極である。そして、図
１（ｂ）及び図２において、３は陽極酸化絶縁層で、３
ａは緻密層、３ｂはポーラス層、５は細孔、６は下部電
極２と電気的に接続された炭素である。

【００３０】この電子放出素子は、基板１上に、下部電
極２，陽極酸化絶縁層３，上部電極４を順に積層した構
成とされており、陽極酸化絶縁層３は緻密層３ａ，ポー
ラス層３ｂの上下二層とされ、上下に貫通する細孔５が
形成されている。細孔５には炭素６が堆積され、これは
下部電極２と電気的に接続する状態に堆積されて電子を
放出するための電子放出部となっている。

【００３１】基板１としては、石英ガラス，Ｎａ等の不
純物含有量を減少したガラス，青板ガラス，青板ガラス
にスパッタ法等により形成したＳｉＯ₂ を積層したガラ
ス基板，アルミナ等のセラミックス基板，Ｓｉ基板，Ｓ
ｉＯ₂ を積層したＳｉ基体等を用いることができる。特
に、基板１を半導体材料から形成すると、当該電子放出
素子を駆動するためのドライバー等を共に配設すること
ができる。

【００３２】下部電極２としては、陽極酸化を行えるＡ
ｌ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ等の金属が用いられ
る。下部電極２の膜厚は、陽極酸化層の膜厚及び電極と
しての電気抵抗等を考慮して適宜に設定される。

【００３３】陽極酸化絶縁層３は、下部電極２の表面部
を陽極酸化することで形成されている。また、陽極酸化
絶縁層３として、下部電極２の上に、陽極酸化用の金属
あるいは半導体を設けても良い。

【００３４】この陽極酸化絶縁層３には、細孔５が形成
されており、下部電極２にアルミニウムを用いた場合、
上層の緻密層３ａは、酸化アルミニウムに対して溶解力
の弱い溶液、例えばホウ酸塩，酒石酸塩等を含む中性あ
るいは弱酸性の溶液に浸して陽極酸化することにより形
成され、緻密な酸化アルミニウム層となり細孔を有しな
いが、下層のポーラス層３ｂの形成時に細孔５が緻密層
３ａにも連通して形成される。つまり、下層のポーラス
層３ｂは、酸化アルミニウムに対して溶解力が適度な溶
液、例えばシュウ酸，硫酸，リン酸，クロム酸等を含む
酸性溶液に浸して陽極酸化することにより形成され、粗
い酸化アルミニウム層となり細孔５を有する。緻密層３
ａは、ポーラス層３ｂと比較して表面が平坦で耐圧が高
い。

【００３５】この細孔５の形成は、酸化溶液の組成や酸
化反応時の液温，電圧，時間等といった陽極酸化の条件
を、下部電極２の材料に応じて適宜に選択して行われ
る。本実施形態では、細孔５は、その径及び深さを数十
ｎｍから数百ｎｍに形成され、その密度は１０⁶ 〜１０
¹⁰（個／ｃｍ² ）とされていて、この密度は、電子放出
が行われる微小な面積（電子放出点と呼ぶことにする）
の密度に対応する。

【００３６】細孔５には、炭素６が孔内に堆積されてい
て、下部電極２と電気的に接続されている。つまり、炭
素は、グラファイト，ダイヤモンドライクカーボン等で
あって、当該細孔５の一部を埋める支柱状に形成される
が、上部電極４との間には所定の隙間が設定されてお
り、下部電極２にのみ電気的に接続されている。上部電
極４との隙間は、後述する上下両電極に電圧を印加する
工程において電圧値，通電時間等の条件設定に応じて適
宜に変更でき、数ｎｍから数十ｎｍとされている。

【００３７】上部電極４は、陽極酸化絶縁層３の上に形
成され、例えばＡｌ，Ｐｔ，Ｗ，Ｍｏ，Ｉｒ等の金属か
らなる。

【００３８】なお、本実施形態では、緻密層３ａ及びポ
ーラス層３ｂをそれぞれ一層としたが、これに限定され
るものではなく、複数層の構成としても良い。

【００３９】〔製造方法〕この電子放出素子の製造に
は、以下に説明する製造工程を順に実施する。

【００４０】（工程ａ）工程ａは、基板１上に、金属あ
るいは半導体の下部電極２を形成する工程であり、基板
１を、洗剤，純水及び有機溶剤等を用いて十分に洗浄
し、真空蒸着法やスパッタ法等により電極材料を堆積さ
せた後に、例えばフォトリソグラフィー技術を用いて下
部電極２を形成する。また、下部電極２をメッキにより
形成しても良い。

【００４１】（工程ｂ）工程ｂは、下部電極２の上部を
陽極酸化する工程であり、この陽極酸化は例えば図４に
示す陽極酸化装置を用いて行う。図４において、３１は
陽極酸化を行う浴槽、３２は陽極酸化の電解液、３３は
対向電極、３４は電源、３５はＯリングである。

【００４２】電解液３２としては、Ａｌ等の金属では、
緻密層３ａを形成する際に、ホウ酸塩，酒石酸塩等とい
った酸化アルミニウムに対する溶解力の弱い中性あるい
は弱酸性の溶液を用い、そしてポーラス層３ｂを形成す
る際に、シュウ酸，硫酸，リン酸，クロム酸等といった
酸化アルミニウムに対する適度な溶解力を持つ酸性溶液
を用いる。さらに、溶媒として、エチレングリコール，
グリセリン，デキストリン等の多価アルコールを加える
場合がある。一方、Ｓｉの場合は、ＨＦ水溶液を用い
る。

【００４３】対向電極３３には、Ｐｔ等の金属を用い
る。陽極酸化は、対向電極３３を陰極とし、基板１を陽
極として、電源３４から通電することにより行う。

【００４４】第一の陽極酸化である緻密層３ａの形成
は、上記した中性あるいは弱酸性の溶液中において数μ
Ａ／ｃｍ² 〜数百μＡ／ｃｍ² の定電流で酸化を行う。
緻密層３ａは、ポーラス層３ｂよりも表面が平坦で、耐
圧が高いのが特徴である。この時点では緻密層３ａは、
ほとんどの場合細孔５を有しない。

【００４５】第二の陽極酸化であるポーラス層３ｂの形
成は、酸性溶液中において数Ｖ〜数百Ｖの定電圧で酸化
を行う。このとき当該ポーラス層３ｂ及び上部の緻密層
３ａに細孔５が形成される。

【００４６】ポーラス層３ｂの幾何学構造は、製作条件
により制御できる。細孔５の孔径及び細孔間の間隔は、
陽極酸化の電圧，電解液３２の種類により制御でき、細
孔５の深さは陽極酸化時間により制御できる。このとき
孔底には、バリアー層と呼ばれる酸化層が形成されるの
で、引き続き浴槽３１中で電流回復法またはガルバニッ
ク溶解法で孔底のバリアー層を取り除く。孔底のバリア
ー層は、他の方法としてリン酸液等の溶液中でのエッチ
ング（溶解）や、真空中でのイオンミリング法により除
去しても良い。

【００４７】次に、陽極酸化絶縁層３を形成した基板１
を、十分に水洗した後に、真空中で乾燥を行う。

【００４８】（工程ｃ）工程ｃは、陽極酸化絶縁層３の
上に、上部電極４を形成する工程であり、上部電極４を
数ｎｍ〜数十ｎｍの膜厚に、下部電極２と同様にして形
成する。

【００４９】（工程ｄ）工程ｄは、陽極酸化絶縁層３の
細孔５内に炭素６を形成する工程であり、有機材料を気
体状に存在させた雰囲気で炭素を形成する工程ｄ１と、
または有機材料を液体状に存在させた雰囲気で炭素を形
成する工程ｄ２とがある。

【００５０】（工程ｄ１）工程ｄ１は、有機材料を気体
状に存在させた雰囲気で、上部電極４及び下部電極２に
電圧を印加することにより、陽極酸化絶縁層３の細孔５
内に炭素を形成する工程である。本工程で形成される炭
素とは、例えばグラファイト（いわゆるＨＯＰＧ，Ｐ
Ｇ，ＧＣを包含し、ＨＯＰＧはほぼ完全なグラファイト
の結晶構造、ＰＧは結晶粒が２０ｎｍ程度で結晶構造が
やや乱れたもの、ＧＣは結晶粒が２ｎｍ程度になり結晶
構造の乱れがさらに大きくなったもの），非晶質カーボ
ン（アモルファスカーボン及びアモルファスカーボンと
グラファイトの微結晶の混合物）である。

【００５１】この工程ｄ１は、図５に示す真空処理装置
を用いて行うものであり、同図では、前述した図１，２
に示す電子放出素子と同一構成部分には同一符号を付し
てその説明を省略する。図５において、５５は真空容
器、５６は排気ポンプ、５７は有機ガス供給源である。

【００５２】真空容器５５内には、図１，２の電子放出
素子が収容されている。即ち、１は基板、２は下部電
極、３は陽極酸化層、４は上部電極、５１は電子放出素
子に素子電圧Ｖｆを印加するための電源、５０は下部電
極２，上部電極４間を流れる素子電流Ｉｆを測定するた
めの電流計、５４は電子放出素子の放出電子による電子
放出電流Ｉｅを捕捉するためのアノード電極である。５
３はアノード電極５４に電圧を印加するための高圧電
源、５２は電子放出素子より放出される電子放出電流Ｉ
ｅを測定するための電流計である。例えば、アノード電
極５４の電圧を０〜１０ｋＶの範囲として、アノード電
極５４と電子放出素子７との距離Ｈを１００μｍ〜８ｍ
ｍの範囲として製作及び測定を行うことができる。

【００５３】真空容器５５内には、図示を省略したが真
空計等の各種の測定機器が設けられていて、所定に設定
した真空雰囲気において測定，評価を行えるようになっ
ている。排気ポンプ５６は、ターボポンプ，ロータリー
ポンプ等からなる高真空装置系と、イオンポンプ等から
なる超高真空装置系とにより構成されている。そして、
真空容器５５に収容した電子放出素子は、図示しないヒ
ーターにより所定温度、例えば３５０℃に加熱される構
成となっている。

【００５４】真空容器５５に基板１を収容し、排気して
真空の雰囲気にした後に、有機ガス供給源５７から有機
ガスを内部に導入して、有機物質のガスを含有する雰囲
気下で上部電極４，下部電極２間に電圧を印加する。こ
の電圧波形はパルス波形として繰り返し印加する。これ
には、パルス波高値を定電圧としたパルスを連続的に印
加する図６（ａ）に示した方法と、パルス波高値を増加
させながら電圧パルスを印加する図６（ｂ）に示した方
法がある。

【００５５】このパルス電圧の印加は、定電圧パルスを
連続的に印加する図６（ａ）の方法では、上部電極４あ
るいは下部電極２の一方を高電位に、他方を低電位に固
定することになり、上部電極４を低電位にすると、炭素
は主に高電位側の下部電極２に形成される。また、パル
ス波高値を漸次増加させて印加する図６（ｂ）の方法で
は、上部電極４と下部電極２間において電位が交番する
ことになり、上部電極４，下部電極２の双方に炭素が形
成される。

【００５６】図６（ａ）において、Ｔ１及びＴ２は電圧
波形のパルス幅とパルス間隔である。パルス幅Ｔ１は１
マイクロ秒〜１０ミリ秒、パルス間隔Ｔ２は１０マイク
ロ秒〜１００ミリ秒の範囲で設定される。三角波の波高
値は、電子放出素子の形態に応じて適宜に選択される。
このような条件のもと、例えば、数秒から数十分間電圧
を印加する。パルス波形は三角波に限定されるものでは
なく、矩形波など適宜な波形を採用することができる。

【００５７】図６（ｂ）においてもパルス幅Ｔ１，パル
ス間隔Ｔ２は、図６（ａ）と同様とすることができ、三
角波の波高値は、例えば０．１Ｖステップ程度毎に増加
させることができる。

【００５８】この雰囲気は、一旦十分に排気した真空中
に適当な有機物質のガスを導入することによっても得ら
れる。このときの好ましい有機物質のガス圧は、電子放
出素子の形態、真空容器５５の形状や、有機物質の種類
などにより異なるため場合に応じて適宜に設定される。
適当な有機物質としては、アルカン，アルケン，アルキ
ンの脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、アルコール
類、アルデヒド類、ケトン類、アミン類、フェノール，
カルポン，スルホン酸等の有機酸類等を挙げることがで
き、具体的には、メタン，エタン，プロパンなどＣ_n Ｈ
_2n+2で表される飽和炭化水素、エチレン，プロピレンな
どＣ_n Ｈ_2n等の組成式で表される不飽和炭化水素、ベン
ゼン、トルエン、メタノール、エタノール、ホルムアル
デヒドアセトアルデヒド、アセトン、メチルエチルケト
ン、メチルアミン、エチルアミン、フェノール、蟻酸、
酢酸、プロピオン酸等が使用できる。また、有機ガス
は、陽極酸化絶縁層３に形成された細孔５の径に応じて
も選択される。即ち、有機ガスの吸着は、細孔５の径に
も依存するからである。

【００５９】（工程ｄ２）工程ｄ２は、有機材料を液体
状に存在させた雰囲気で、下部電極２側を陽極として電
圧を印加することにより陽極酸化絶縁層３の細孔５内に
炭素を形成する工程である。

【００６０】図４と同様の装置を用いて電解液３２をア
ルコールとし、下部電極２側を陽極として対向陽極３３
との間で電解し、細孔５中にダイヤモンドライクカーボ
ンを下部電極２側から析出させる。

【００６１】ダイヤモンドライクカーボンは、電解時間
に応じて細孔５内に柱状に成長して堆積する。

【００６２】工程ｄ１または工程ｄ２の処理により、雰
囲気中に存在する有機物質から、炭素が陽極酸化絶縁層
３の細孔５内に堆積し、これにより素子電流Ｉｆ，電子
放出電流Ｉｅが著しく変化するようになる。本工程の終
了判定は、素子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅを測定しな
がら行う。

【００６３】（工程ｅ）工程ｅは安定化工程であり、製
作した電子放出素子の特性を安定化させる工程である。
本工程は、工程ｄを終了した陽極酸化絶縁層３の細孔５
内の炭素６について、有機材料の中間生成物及び基板１
等に吸着された有機ガス，水，酸素等を除去すること
で、素子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅが、当該素子への
印加電圧に対して所定のしきい値以上では単調増加する
特性を付与することができる。

【００６４】即ち、本工程は、真空容器５５内の有機物
質を排気する工程であり、真空容器５５の排気を行う排
気ポンプ５６は、製作素子の特性に影響を与えないよう
にするため、オイルを使用しないものを用いるのが好ま
しい。具体的には、ソープションポンプ，イオンポンプ
等の真空排気装置が挙げられる。

【００６５】真空排気装置内の有機成分の分圧は、炭素
及び炭素化合物がほぼ新たに堆積しない分圧で１．３×
１０^-6Ｐａ以下が好ましく、さらには１×１０^-8Ｐａ以
下がより好ましい。さらに真空排気装置内を排気すると
きには、当該装置の全体を加熱して、装置内壁や電子放
出素子に吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが
好ましい。このときの加熱条件は、１５０〜３００℃で
数時間以上が望ましいが、特にこの条件に限るものでは
ない。

【００６６】安定化工程を行った後の駆動時の雰囲気
は、当該安定化処理終了時の雰囲気を維持するのが好ま
しいが、これに限るものではなく、有機物質が十分除去
されていれば、真空度自体は多少低下しても十分に安定
な特性を維持することができる。また、このような真空
雰囲気を採ると、新たな炭素物の堆積を抑制でき、その
結果、素子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅが安定する。

【００６７】以上の構成により本実施形態の電子放出素
子は、陽極酸化絶縁層３がポーラス層３ｂを含む多層構
造とされ、最上層が緻密層３ａとされる。この緻密層３
ａはポーラス層３ｂと比較して表面が平坦で耐圧が高
い。ここに、陽極酸化絶縁層３の最上層を緻密層３ａと
したので、陽極酸化絶縁層３について表面の平面性を良
好にでき、その上に形成される上部電極４の平面性を良
好に保持できる。従って、素子駆動時において表面近傍
の電界の乱れを防止でき、放出電子の軌道を安定化する
ことができる。

【００６８】また、最上層の緻密層３ａは耐圧がポーラ
ス層３ｂよりも高いので、当該素子の耐圧性も向上で
き、リーク電流を小さく抑えることができる。従って、
素子駆動時に絶縁破壊を起こし難くできて破壊の防止を
図れて、そして電子放出の効率を高く保つことができ
る。

【００６９】その結果、これを用いた電子源，撮像装
置，画像形成装置については、放出電子の軌道が安定化
し、これにより扱う情報信号の再現性（解像度）を向上
することができる。

【００７０】（第２実施形態）図８は、本発明の第２実
施形態を示し、電子放出素子を用いた撮像装置であり
（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。

【００７１】図８において、９０は支持枠、９１は電子
源をなすリアプレート、９２は下部電極をなすＸ方向配
線、９３は陽極酸化絶縁層、９４は上部電極をなすＹ方
向配線、９５は例えばＳｅ等の光導電部材、９６は透明
電極、９７はフェイスプレート、９８は素子電圧Ｖｆを
印加する駆動電源、９９は光導電部材９５へターゲット
電圧を印加するターゲット電源、９００は電流増幅器で
ある。なお、駆動電源９８の接続は、Ｘ方向配線９２，
Ｙ方向配線９４の配列全てに対して選択的に接続される
が、同図には接続状態を省略して示している。

【００７２】支持枠９０には、上下にフェイスプレート
９７，リアプレート９１が固着されており、真空容器に
構成されている。

【００７３】本実施形態は、真空容器内に、第１実施形
態の電子放出素子を多数配列して電子源とすると共に、
この電子源と光導電部材９５とを対向させて備えて撮像
装置に構成したものである。

【００７４】即ち、リアプレート９１は電子源に構成さ
れており、Ｘ方向配線９２の上に、引出し配線部を除い
て陽極酸化絶縁層９３が形成され、さらにＸ方向配線９
２と直交させてＹ方向配線９４が形成されていて、Ｘ方
向配線９２とＹ方向配線９４の交点部分が、図１に示す
ものと同様な電子放出素子となっている。

【００７５】なお、当該撮像装置にあっては、後述する
ように電子ビームの収束系は必要なく、設けていない。

【００７６】この撮像装置の動作は、いわゆる撮像管と
同様であり、リアプレート９１上の電子源から放出され
た電子ビームにより読み出しが行われ、フェイスプレー
ト９７に光が入力されると、光導電部材９５において、
入射光によって生成されたホールが、光導電部材９５に
印加された電界によってリアプレート９１方向へ加速さ
れ、アバランシェ増倍される。一方、リアプレート９１
上の電子源からは電子ビームが放出されるので、光導電
部材９５には、蓄積されたホールに対応した分の電子注
入が起こり、それ以上の電子ビームは、リアプレート９
１方向へ戻されてＹ方向配線９４に流れる。従って、光
導電部材９５からは、入射光により生成されたホールに
対応した信号電流が、透明電極９６を介して電流増幅器
へ出力される。

【００７７】この場合、リアプレート９１上の電子源
は、これへ用いた各電子放出素子が、放出電子の軌道を
安定化することができ、耐圧性に優れて電子放出を効率
良く行えることから、電子放出をばらつきなく安定に行
えて、扱う情報信号の再現性（解像度）を向上すること
ができる。また、電子放出がばらつかないので、電子ビ
ームの収束系は必要なく、装置構成を簡略化することが
できる。

【００７８】（第３実施形態）図９は、本発明の第３実
施形態を示し、電子放出素子を用いた画像形成装置であ
り（ａ）はその断面図、（ｂ）はその平面図である。

【００７９】図９において、１００はリアプレート、１
０１は電子源基板、１０２は下部電極をなすＸ方向配
線、１０３は陽極酸化絶縁層、１０４は上部電極をなす
Ｙ方向配線、１０５はメタルバック、１０６は蛍光膜、
１０７はフェイスプレート、１０８は素子電圧Ｖｆを印
加する駆動電源、１０９はメタルバック１０５へアノー
ド電圧を印加する高圧電源、１１０は支持枠である。な
お、駆動電源１０８の接続は、Ｘ方向配線１０２，Ｙ方
向配線１０４の配列全てに対して選択的に接続される
が、同図には接続状態を省略して示している。

【００８０】支持枠１１０には、上下にフェイスプレー
ト１０７，リアプレート１００が固着されており、真空
容器に構成されている。

【００８１】本実施形態は、真空容器内に、図３に示す
構成の電子放出素子を多数配列して電子源とすると共
に、この電子源と画像形成部材（蛍光膜１０６）とを対
向させて備えて画像形成装置に構成したものである。

【００８２】即ち、電子源基板１０１には電子源が構成
されており、Ｘ方向配線１０２の上に、引出し配線部を
除いて陽極酸化絶縁層１０３が形成され、さらにＸ方向
配線１０２と直交させてＹ方向配線１０４が形成されて
いて、Ｘ方向配線１０２とＹ方向配線１０４の交点部分
が、図３に示すものと同様な電子放出素子となってい
る。そして、陽極酸化絶縁層１０３は、図３に示すよう
に、緻密層３ｃ，ポーラス層３ｂ，緻密層３ａの三層構
造に形成されている。

【００８３】蛍光膜１０６は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ
（青）の各色の蛍光体及びブラックストライプを備えて
形成され、メタルバック１０５はＡｌ等により形成され
ている。

【００８４】以上のように構成した画像形成装置におい
て、電子源基板１０１上に２次元配列された各電子放出
素子には、図示しない信号発生手段から走査信号，変調
信号をＸ方向配線１０２列，Ｙ方向配線１０４列へそれ
ぞれ印加して、選択的に電子放出を起こさせるものであ
り、このときメタルバック１０５には高圧電源１０９か
ら数ｋＶ以上の高電圧を印加して電子ビームを加速し、
蛍光膜１０６へ衝突させて励起，発光させ、これにより
画像の表示を行う。

【００８５】この場合、電子源基板１０１上の電子源
は、これへ用いた各電子放出素子が、放出電子の軌道を
安定化することができ、耐圧性に優れて電子放出を効率
良く行えることから、電子放出をばらつきなく安定に行
える。従って、扱う情報信号の再現性（解像度）を向上
することができ、高精細で明るい画像を表示できる。

【００８６】また、電子放出がばらつかないので、電子
ビームの収束系は必要なく、装置構成を簡略化すること
ができる。

【００８７】

【実施例】以下、本発明にかかる電子放出素子及びその
製造方法とそれを用いた電子源，撮像装置，画像形成装
置の実施例を説明する。

【００８８】（実施例１及び比較例１）実施例１は、図
１及び図２に示す構成の電子放出素子を製作したもので
あり、第１実施形態で説明した製造工程に従って実施し
た。

【００８９】図７は、実施例１で製作した電子放出素子
の基体を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）を
Ｂ−Ｂ矢視した断面図である。

【００９０】図７において、１は基板、７３は陽極酸化
絶縁層、７１は帯状の下部電極、７２は帯状の上部電
極、７４は下部電極７１と上部電極７２の交差部であ
り、本実施例では基板１上に、図１の電子放出素子を５
個並べて製作した。

【００９１】（工程ａ）基板１上に、金属あるいは半導
体の下部電極７１を形成する工程ａを行った。つまり、
石英ガラスの基板１を、洗剤，純水及び有機溶剤等を用
いて十分に洗浄し、Ａｌ材料をスパッタ法により膜厚２
００ｎｍに堆積させた後、フォトリソグラフィー技術を
用いて、下部電極７１となる帯状パターンを基板１上に
５本並べて形成した。また、それら下部電極７１の一部
を、端子とするため鍍金用マスク樹脂で覆った。

【００９２】（工程ｂ）下部電極７１の上部を陽極酸化
する工程ｂを行った。つまり、図４に示す陽極酸化装置
を用いて、工程ａで製作したＡｌによる下部電極７１の
上部を陽極酸化させた。対向電極３３にはＰｔ電極を用
いた。陽極酸化は、対向電極３３を陰極とし、基板１に
設けた下部電極７１を陽極にして以下のように行った。

【００９３】第一の陽極酸化である緻密層の形成は、５
％酒石酸溶液にアンモニアを加えてｐＨ６に調合した室
温の溶液を電解液３２とし、当該溶液中において１０μ
Ａ／ｃｍ² の定電流で膜厚２０ｎｍまで酸化を行った。
形成した緻密層は、ポーラス層よりも表面が平坦で耐圧
が高く、この時点では細孔を有しない。

【００９４】第二の陽極酸化であるポーラス層の形成
は、液温５℃で濃度０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶液
を電解液３２とし、当該溶液中において４０Ｖの定電圧
で膜厚１００ｎｍまで酸化を行った。このとき、電流値
は最終的に１〜２ｍＡ／ｃｍ²でほぼ一定になり、当該
ポーラス層及び上部の緻密層に細孔が形成された。

【００９５】このとき孔底には、バリアー層と呼ばれる
酸化層が膜厚４０ｎｍ程度に形成されたので、引き続き
浴槽３１中で電流回復法及びガルバニック溶解法を行っ
た後に、５％リン酸溶液中でエッチングを行って孔底の
バリアー層を取り除いた。

【００９６】次に、陽極酸化絶縁層７３を形成した基板
１を、十分に水洗した後、真空中で乾燥させた。

【００９７】（工程ｃ）陽極酸化絶縁層７３の上に、上
部電極７２を形成する工程ｃを行った。つまり、上部電
極７２となる帯状パターンを、１０ｎｍの膜厚で、下部
電極７１と同様にして交差方向に１本形成した。

【００９８】（工程ｄ１）有機材料を気体状に存在させ
た雰囲気で、陽極酸化絶縁層７３の細孔内に炭素を形成
する工程ｄ１を行った。つまり、図５に示す真空処理装
置を用いて、真空容器５５に基板１を収容し、１０^-1Ｐ
ａアセトンのガスを含有する雰囲気下で、上部電極７２
及び下部電極７１に電圧を印加した。この印加電圧は、
図６（ａ）のような定電圧パルスであるが、ここではパ
ルス波高値１０Ｖ，パルス幅Ｔ１は１ｍｓ，パルス間隔
Ｔ２を１０ｍｓとした矩形波パルスを３０分間印加し
た。そして、このとき同時に当該素子の電流をモニター
した。

【００９９】（工程ｅ）安定化工程を行った。つまり、
アセトンガスを十分に排気した後、２５０℃で加熱しな
がら１０時間排気した。こうして図１に示す電子放出素
子の製作を完了した。

【０１００】比較例１は、上述した製造工程で工程ｂの
みが異なる電子放出素子を製作したものであり、つまり
工程ｂにおいて、第一の陽極酸化である緻密層の形成を
行わずに、第二の陽極酸化であるポーラス層の形成のみ
を行った。具体的には、図４の装置を用いて、液温５℃
で濃度０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶液を電解液３２
とし、当該溶液中で、４０Ｖの定電圧で膜厚１２０ｎｍ
まで酸化を行った。このとき電流値は最終的に１〜２ｍ
Ａ／ｃｍ² でほぼ一定になり、細孔が形成された。

【０１０１】（評価）製作した素子基板を図５の真空処
理装置に収容し、各素子の下部電極７１，上部電極７２
及びアノード電極５４に電圧を印加して、素子電流Ｉ
ｆ，電子放出電流Ｉｅ，素子電圧Ｖｆについて電圧電流
特性を測定した。同時に、素子電圧Ｖｆをゆっくり掃引
して、電圧負性抵抗（ＶＣＮＲ）特性が発生するかどう
か確認した。また、電子ビームをアノード電極５４に設
置した蛍光体の発光により観察した。そして、測定を終
了した後に、製作サンプルを電子顕微鏡，ＴＥＭ等で観
察した。

【０１０２】その結果、実施例１の電圧電流特性は、素
子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅ共に、しきい値（Ｖｔ
ｈ）以上では単調増加特性を示した。そして、しきい値
以下では、無視できる電流であった。従って、実施例１
については、素子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅが共に非
線形特性を示す非線形素子であることを確認できた。

【０１０３】また、比較例１と比較すると、実施例１の
電子放出素子はより低い素子電圧Ｖｆで駆動できること
を確認した。そして、実施例１の素子は、比較例１より
も耐圧が高く、リーク電流が小さいことを確認した。さ
らに、アノード電極５４で観察された電子ビーム径は、
上部電極７２と下部電極７１の重なり部分とほぼ等し
く、比較例１よりも小さな電子ビーム径であった。

【０１０４】電子顕微鏡で観察すると、陽極酸化絶縁層
７３において、何れも図１（ｂ）に示したような規則的
な細孔５が観察された。細孔の密度は、３×１０¹⁰個／
ｃｍ² であった。さらに、ＴＥＭサンプルを製作して観
察したところ、何れも細孔の中に、グラファイト質の炭
素が存在していることを確認できた。

【０１０５】（実施例２及び比較例２）実施例２は、図
３に示す構成の電子放出素子を製作したものである。即
ち、図３の断面図に示すように、陽極酸化絶縁層３とし
て緻密層３ｃ，ポーラス層３ｂ，緻密層３ａの三層を設
けており、その製造は以下のように実施した。

【０１０６】（工程ａ）工程ａは実施例１と同様に行っ
た。

【０１０７】（工程ｂ）下部電極２の上部を陽極酸化す
る工程ｂを行った。この実施例２は、緻密層を２層、ポ
ーラス層を１層形成するので３回陽極酸化を行う。実施
例１と同様に、図４の装置を用いて、工程ａで製作した
Ａｌの下部電極２の上部を陽極酸化させた。

【０１０８】第一の陽極酸化である緻密層３ａの形成
は、５％酒石酸溶液にアンモニアを加えてｐＨ６に調合
した室温の溶液を電解液３２とし、当該溶液中において
１０μＡ／ｃｍ² の定電流で膜厚２０ｎｍまで酸化を行
った。形成した緻密層３ａは、ポーラス層よりも表面が
平坦で耐圧が高く、この時点では細孔を有しない。

【０１０９】第二の陽極酸化であるポーラス層３ｂの形
成は、液温５℃で濃度０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶
液を電解液３２とし、当該溶液中において４０Ｖの定電
圧で膜厚９０ｎｍまで酸化を行った。このとき電流値は
最終的に１〜２ｍＡ／ｃｍ²でほぼ一定になり、当該ポ
ーラス層３ｂ及び上部の緻密層３ａに細孔５が形成され
た。

【０１１０】第三の陽極酸化である緻密層３ｃの形成
は、第一の陽極酸化と同様にして、膜厚１０ｎｍまで酸
化を行った。

【０１１１】このとき孔底には、バリアー層と呼ばれる
酸化層が膜厚５０ｎｍ程度に形成されたので、シュウ酸
溶液中で電流回復法及びガルバニック溶解法さらに真空
中のイオンミリング法を行って孔底のバリアー層を取り
除いた。

【０１１２】次に、陽極酸化絶縁層３を形成した基板１
を、十分に水洗した後、真空中で、乾燥させた。

【０１１３】工程ｃ，ｄ，ｅは実施例１と同様に行い、
図３に示すように、緻密層３ｃ，ポーラス層３ｂ，緻密
層３ａからなる陽極酸化絶縁層３を備えた電子放出素子
の製作を完了した。

【０１１４】比較例２は、上述した製造工程で工程ｂの
みが異なる電子放出素子を製作したものであり、即ち、
工程ｂにおいて、第一，第三の陽極酸化である緻密層の
形成を行わずに、第二の陽極酸化であるポーラス層の形
成のみを行った。具体的には、図４の装置を用いて、液
温５℃で濃度０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶液を電解
液３２とし、当該溶液中において４０Ｖの定電圧で膜厚
１２０ｎｍまで酸化を行った。このとき電流値は最終的
に１〜２ｍＡ／ｃｍ² でほぼ一定になり、細孔が形成さ
れた。

【０１１５】（評価）製作した電子放出素子について、
実施例１と同様にして電圧電流特性等を評価した。

【０１１６】その結果、実施例２の電圧電流特性は、素
子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅ共に、しきい値（Ｖｔ
ｈ）以上では単調増加特性を示した。そして、しきい値
以下では、無視できる電流であった。従って、実施例２
については、素子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅが共に非
線形特性を示す非線形素子であることを確認できた。

【０１１７】また、比較例２と比較すると、実施例２の
電子放出素子はより低い素子電圧Ｖｆで駆動できること
を確認した。そして、実施例２の素子は、比較例２より
も耐圧が高く、リーク電流が小さいことを確認した。さ
らに、アノード電極５４で観察された電子ビーム径は、
上部電極４と下部電極２の重なり部分とほぼ等しく、比
較例２よりも小さな電子ビーム径であった。

【０１１８】電子顕微鏡で観察すると、陽極酸化絶縁層
３において、何れも図１（ｂ）に示したような規則的な
細孔５が観察された。細孔の密度は、３×１０¹⁰個／ｃ
ｍ²であった。さらに、ＴＥＭサンプルを製作して観察
したところ、何れも細孔の中に、グラファイト質の炭素
が存在していることを確認できた。

【０１１９】（実施例３及び比較例３）実施例３は、図
１に示す構成の電子放出素子を製作したものであること
は実施例１と同様であるが、本実施例では炭素６を形成
する工程を変更していて、有機材料を液体状に存在させ
た雰囲気で、炭素あるいはダイアモンドライクカーボン
を形成することにしたもので、その製造は以下のように
実施した。

【０１２０】（工程ａ，ｂ）は実施例１と同様に行っ
た。

【０１２１】（工程ｃ）陽極酸化絶縁層３の上に、上部
電極４を形成する工程ｃを行った。つまり、Ｐｔ材料を
スパッタ法により膜厚１０ｎｍに堆積させて上部電極４
を形成した。

【０１２２】（工程ｄ２）有機材料を液体状に存在させ
た雰囲気で、陽極酸化絶縁層３の細孔５内に炭素を形成
する工程ｄ２を行った。つまり、図４と同様の装置を用
いて電解液３２をエチルアルコールとし、下部電極２側
を陽極として対向電極３３（Ｐｔ陰極）との間で１時間
電解させた。この電解中には、図示しないヒーターによ
り加熱して電解液３２の温度を６０℃とした。次に、陽
極酸化絶縁層３を形成した基板１を、十分に水洗した
後、真空中で乾燥させた。

【０１２３】（工程ｅ）安定化工程ｅを実施例１と同様
に行った。こうして図１に示す電子放出素子の製作を完
了した。

【０１２４】比較例３は、上述した製造工程で工程ｂの
みが異なる電子放出素子を製作したものであり、つまり
工程ｂにおいて、第一の陽極酸化である緻密層３ａの形
成を行わずに、第二の陽極酸化であるポーラス層３ｂの
形成のみを行った。具体的には、図４の装置を用いて、
液温５℃で濃度０．３ｍｏｌ／ｌのシュウ酸水溶液を電
解液３２とし、当該溶液中において４０Ｖの定電圧で膜
厚１２０ｎｍまで酸化を行った。このとき電流値は最終
的に１〜２ｍＡ／ｃｍ² でほぼ一定になり、細孔が形成
された。

【０１２５】（評価）製作した電子放出素子について、
実施例１と同様にして電圧電流特性等を評価した。

【０１２６】その結果、実施例３の電圧電流特性は、素
子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅ共に、しきい値（Ｖｔ
ｈ）以上では単調増加特性を示した。そして、しきい値
以下では、無視できる電流であった。従って、実施例３
については、素子電流Ｉｆ，電子放出電流Ｉｅが共に非
線形特性を示す非線形素子であることを確認できた。

【０１２７】また、電子放出電流Ｉｅは、実施例１のも
のと比べて５倍であった。これは、細孔内の炭素の仕事
関数の低さ、あるいは形状の影響と考えられる。

【０１２８】また、比較例３と比較すると、実施例３の
電子放出素子はより低い素子電圧Ｖｆで駆動できること
を確認した。そして、実施例３の素子は、比較例３より
も耐圧が高く、リーク電流が小さいことを確認した。さ
らに、アノード電極５４で観察された電子ビーム径は、
上部電極４と下部電極２の重なり部分とほぼ等しく、比
較例３よりも小さな電子ビーム径であった。

【０１２９】電子顕微鏡で観察すると、陽極酸化絶縁層
３において、多孔質性の孔が観察された。さらに、ラマ
ン及平面ＴＥＭサンプルを製作して観察したところ、孔
の中に、ダイアモンドライクカーボンが存在しているこ
とを確認できた。

【０１３０】（実施例４）実施例４は、実施例１の電子
放出素子を多数配列して単純マトリックスの電子源に構
成し、これを用いて図８に示す撮像装置を製作したもの
である。

【０１３１】即ち、前述した第２実施形態の撮像装置を
製作したものであり、リアプレート９１上の電子源をな
す各電子放出素子については、大きさを５０μｍ□とし
て実施例１と同様に製作した。また、光導電部材９７
は、Ｓｅを抵抗加熱蒸着法により厚さ４μｍに堆積させ
て形成した。リアプレート９１と光導電部材９７の間隔
は１ｍｍとした。

【０１３２】製作した撮像装置を動作させたところ、電
子源をなす各電子放出素子の大きさに１：１に対応した
信号電流が得られ、その動作を確認できた。

【０１３３】（実施例５）実施例５は、実施例２の電子
放出素子を多数配列して単純マトリックスの電子源に構
成し、これを用いて図９に示す画像形成装置を製作した
ものである。

【０１３４】即ち、前述した第３実施形態の画像形成装
置を製作したものであり、電子源基板１０１上には２０
０×（１６０×３）の電子放出素子を配列して電子源を
構成し、それら各電子放出素子については、大きさを４
０μｍ□として実施例２と同様に製作した。また、蛍光
膜１０６には、ＣＲＴ用の高加速蛍光体Ｐ２２を用い
た。

【０１３５】製作した画像形成装置を動作させたとこ
ろ、高精細で明るい画像を表示できることを確認した。

【０１３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の電子放出素
子及びその製造方法とそれを用いた電子源，撮像装置，
画像形成装置は、次に示すような優れた効果を奏する。

【０１３７】（１）本発明の電子放出素子は、陽極酸化
絶縁層がポーラス層を含む多層構造とされ、少なくとも
最上層が緻密層とされる。この緻密層はポーラス層と比
較して表面が平坦で耐圧が高い。ここに、陽極酸化絶縁
層の最上層を緻密層としたので、陽極酸化絶縁層につい
て表面の平面性を良好にでき、その上に形成される上部
電極の平面性を良好に保持できる。従って、素子駆動時
において表面近傍の電界の乱れを防止でき、放出電子の
軌道を安定化することができる。

【０１３８】また、最上層の緻密層は耐圧がポーラス層
よりも高いので、当該素子の耐圧性も向上でき、リーク
電流を小さく抑えることができる。従って、素子駆動時
に絶縁破壊を起こし難くできて破壊の防止を図れて、そ
して電子放出の効率を高く保つことができる。

【０１３９】その結果、電子源，撮像装置，画像形成装
置等へ好ましく適用することができる。

【０１４０】（２）本発明の電子源は、これへ用いた各
電子放出素子が、放出電子の軌道を安定化することがで
き、耐圧性に優れて電子放出を効率良く行えることか
ら、電子放出をばらつきなく安定に行えて、扱う情報信
号の再現性（解像度）を向上することができる。

【０１４１】（３）本発明の撮像装置は、これへ用いた
各電子放出素子が、放出電子の軌道を安定化することが
でき、耐圧性に優れて電子放出を効率良く行えることか
ら、電子放出をばらつきなく安定に行えて、扱う情報信
号の再現性（解像度）を向上することができる。

【０１４２】（４）本発明の画像形成装置は、これへ用
いた各電子放出素子が、放出電子の軌道を安定化するこ
とができ、耐圧性に優れて電子放出を効率良く行えるこ
とから、電子放出をばらつきなく安定に行える。従っ
て、扱う情報信号の再現性（解像度）を向上することが
でき、高精細で明るい画像を表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示し、（ａ）は電子放
出素子の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部分を拡大した斜
視図である。

【図２】図１（ａ）の一部を拡大した断面図である。

【図３】実施例２の電子放出素子を示す断面図である。

【図４】本発明の電子放出素子の製造に用いた陽極酸化
装置を示す構成図である。

【図５】本発明の電子放出素子の製造に用いた真空処理
装置を示す構成図である。

【図６】電子放出部となる炭素の形成工程での電圧波形
を示すタイミング図である。

【図７】実施例１の電子放出素子を示し、（ａ）はその
平面図、（ｂ）は（ａ）をＢ−Ｂ矢視した断面図であ
る。

【図８】本発明の第２実施形態を示し、（ａ）は電子放
出素子を用いた撮像装置の断面図、（ｂ）はその平面図
である。

【図９】本発明の第３実施形態を示し、（ａ）は電子放
出素子を用いた画像形成装置の断面図、（ｂ）はその平
面図である。

【図１０】従来の電子放出素子を示す断面図である。

【符号の説明】

１基板（基体）２，７１下部電極３，７３，９３，１０３陽極酸化絶縁層３ａ、３ｃ緻密層３ｂポーラス層４，７２上部電極５細孔６炭素（電子放出部）３１浴槽３２電解液３３対向電極３４電源３５Ｏリング５０電源５１，５２電流計５３高圧電源５４アノード電極５５真空容器５６排気ポンプ５７有機ガス供給源７４交差部９０，１１０支持枠（枠部材）９１，１００リアプレート（第一基板または第二基
板）９２，１０２Ｘ方向配線９４，１０４Ｙ方向配線９５光導電部材９６透明電極９７，１０７フェイスプレート（第二基板または第
一基板）９８，１０８駆動電源９９ターゲット電源１０１電子源基板１０５メタルバック１０６蛍光膜１０９高圧電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に、下部電極，細孔を有する陽極
酸化絶縁層，上部電極の順なる積層構成を有し、前記陽
極酸化絶縁層の細孔内に、少なくとも炭素を有する電子
放出素子において、前記陽極酸化絶縁層はポーラス層を
含む多層構造にして、少なくとも最上層は表面が平坦で
耐圧が高い緻密層としたことを特徴とする電子放出素
子。
【請求項２】前記陽極酸化絶縁層を、緻密層，ポーラ
ス層，緻密層となる三層構造としたことを特徴とする請
求項１に記載の電子放出素子。
【請求項３】前記陽極酸化絶縁層を、アルミニウムを
陽極酸化して形成される酸化アルミニウム層としたこと
を特徴とする請求項１または２に記載の電子放出素子。
【請求項４】前記緻密層の膜厚を、電子がトンネリン
グしない膜厚以上としたことを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項５】前記緻密層の膜厚が、１０ｎｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電
子放出素子。
【請求項６】前記緻密層の膜厚が、２０ｎｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電
子放出素子。
【請求項７】前記陽極酸化絶縁層の細孔内の炭素が、
下部電極と電気的に接続されていることを特徴とする請
求項１〜６のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項８】前記炭素が、グラファイトもしくはダイ
ヤモンドライクカーボンであることを特徴とする請求項
１〜７のいずれかに記載の電子放出素子。
【請求項９】請求項１〜８のいずれかに記載の電子放
出素子を、基体上に多数配列して備えたことを特徴とす
る電子源。
【請求項１０】基体上に帯状配線を多数配列して前記
下部電極の配列群とし、それら下部電極の配列群の上
に、前記陽極酸化絶縁層を帯状に設けると共に、さらに
帯状配線を交差させて多数配列して前記上部電極の配列
群としたことを特徴とする請求項９に記載の電子源。
【請求項１１】平行に離間させた第一基板と第二基板
の隙間に枠部材を設けて封止した真空容器内に、請求項
９または１０に記載の電子源を、光導電部材と対向させ
て備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】平行に離間させた第一基板と第二基板
の隙間に枠部材を設けて封止した真空容器内に、請求項
９または１０に記載の電子源を、画像形成部材と対向さ
せて備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項１３】基体上に下部電極を形成する工程１
と、前記工程１で形成した下部電極あるいは多層化の前
工程で形成した陽極酸化層を陽極酸化して、表面が平坦
で耐圧が高い緻密層を形成する工程２と、前記工程２で
形成した緻密層あるいは多層化の前工程で形成した陽極
酸化絶縁層の下に、上下に貫通する細孔を持つポーラス
層を陽極酸化により形成する工程３と、前記工程２，３
を適宜に繰り返して形成した多層の陽極酸化絶縁層の上
に上部電極を形成する工程４と、有機材料の存在下で、
前記上部電極と下部電極との間に電圧を印加する工程５
とを有することを特徴とする電子放出素子の製造方法。
【請求項１４】前記工程２での緻密層を形成する陽極
酸化を、弱酸性の溶液中で定電流を通電する陽極酸化と
し、前記工程３でのポーラス層を形成する陽極酸化を、
強酸性の溶液中で定電圧を印加する陽極酸化とすること
を特徴とする請求項１３に記載の電子放出素子の製造方
法。