JP2000348603A - Electric-field electron emission element - Google Patents

Electric-field electron emission element

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JP2000348603A
JP2000348603A JP2000041719A JP2000041719A JP2000348603A JP 2000348603 A JP2000348603 A JP 2000348603A JP 2000041719 A JP2000041719 A JP 2000041719A JP 2000041719 A JP2000041719 A JP 2000041719A JP 2000348603 A JP2000348603 A JP 2000348603A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element for forming a cathode electrode with high yield, by providing an opening group near a plurality of cathode electrodes in gate wiring of an electric-field electron emission element group provided in respective crossing regions between the plurality of cathode electrodes respectively formed stripe like and a plurality of gate wirings. SOLUTION: A luminescent-type display device displays a pattern by arranging picture elements comprising an electric-field electron emission element group and a fluorescent layer 18 in a matrix form, and exciting and make luminous the fluorescent layer 18 with electrons from the electric-field electron emission elements in each picture element selected so as to provide a desired display pattern. The luminescent-type display device comprises a plane substrate 1 having on its surface a plurality of stripe-like cathode wirings 2b, a plurality of stripe-like gate wiring 4c substantially orthogonal to them, and a plurality of electric-field electron emission element groups in their crossing regions, a facing substrate 10 faced to the plane substrate 1 and having an anode electrode 9 and the fluorescent layer 18 laminated on the substantially entire surface, and a vacuum layer 12 held between these substrates.

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】本発明は発光型表示装置、光
プリンタヘッド、多極電子装置、X線発生装置などに利
用される電子源のうち、電界効果により電子放出される
電界電子放出素子の構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission device which emits electrons by the electric field effect among electron sources used for a light emitting display device, an optical printer head, a multipolar electronic device, an X-ray generator, and the like. Regarding the structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電界電子放出素子およびその製造
方法は、スピント(C.A.Spindt)らがジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス(J.A.
P.)、vol.47、No.12(1976)に発表
したものが知られている。
2. Description of the Related Art A conventional field electron-emitting device and a method of manufacturing the same are disclosed in CA Spindt et al. In Journal of Applied Physics (JA).
P. ), Vol. 47, no. 12 (1976) is known.

【0003】第3図は従来のスピント型電界電子放出素
子の概略断面図である。この電界電子放出素子は低抵抗
のシリコン(Si)基板301の表面に積層された絶縁
層303とゲート電極304と、これらのもつ開口の内
部でSi基板301の表面に形成された突起形状のカソ
ード電極302より構成される。絶縁層303およびゲ
ート電極304の膜厚はそれぞれ1.5μmおよび0.
4μmであり、ゲート電極304の開口径は1.5μ
m、カソード電極302の高さは約1.9μmである。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a conventional Spindt-type field emission device. The field electron emission device includes an insulating layer 303 and a gate electrode 304 laminated on the surface of a low-resistance silicon (Si) substrate 301, and a projection-shaped cathode formed on the surface of the Si substrate 301 inside the opening of these. It is composed of an electrode 302. The thicknesses of the insulating layer 303 and the gate electrode 304 are 1.5 μm and 0.1 μm, respectively.
4 μm, and the opening diameter of the gate electrode 304 is 1.5 μm.
m, and the height of the cathode electrode 302 is about 1.9 μm.

【0004】この電界電子放出素子の製造方法は、まず
Si基板301表面に二酸化シリコン(SiO2)膜よ
りなる絶縁層303とモリブデン(Mo)よりなるゲー
ト電極304をスパッタ法により積層した後、ゲート電
極304および絶縁層303にフォトエッチング法によ
りゲー卜電極開口304aおよび絶縁層開口303aを
設ける。その後全面にMoをスパッタ法により堆積さ
せ、それぞれの開口を利用してSi基板301の表面に
自己整合的に突起形状のカソード電極302を形成す
る。最後にゲート電極304表面の不要なMoを電解エ
ッチングによって除去し製造プロセスを完了する。
In the method of manufacturing this field emission device, first, an insulating layer 303 made of a silicon dioxide (SiO 2 ) film and a gate electrode 304 made of molybdenum (Mo) are laminated on a surface of a Si substrate 301 by a sputtering method. A gate electrode opening 304a and an insulating layer opening 303a are provided in the electrode 304 and the insulating layer 303 by a photoetching method. Thereafter, Mo is deposited on the entire surface by a sputtering method, and a projection-shaped cathode electrode 302 is formed in a self-aligned manner on the surface of the Si substrate 301 using the respective openings. Finally, unnecessary Mo on the surface of the gate electrode 304 is removed by electrolytic etching to complete the manufacturing process.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
技術の電界電子放出素子には以下に列記するいくつかの
問題点があった。すなわち、 面積の大きな平面基板の全面にカソード電極を形成
する場合、スパッタ法あるいは蒸着法などは線源から平
面基板を見たとき仰角をもち、平面基板の中心付近と周
辺付近とでは平面基板面に対する粒子の飛程角度が異な
る。このため、製造されたカソード電極の錘軸と平面基
板面とのなす角度は面内分布をもち、カソード電極とゲ
ート電極との距離に依存した電界電子放出素子の放出閾
値電圧や電流密度に分布が生じていた。 また、カソード電極を形成する工程のなかで、Mo
のスパッタ工程後に行われる電解エッチング工程におい
て、不要なMoと同時にカソード電極がエッチングされ
てしまい、このため、カソード電極の形状維持が難し
く、その製造歩留りの低下を招いていた。
However, the above-mentioned prior art field emission device has several problems listed below. That is, when the cathode electrode is formed on the entire surface of a large flat substrate, the sputtering method or the vapor deposition method has an elevation angle when the flat substrate is viewed from the radiation source, and the flat substrate surface is near the center of the flat substrate and near the periphery. The range angles of the particles with respect to are different. For this reason, the angle formed between the weight axis of the manufactured cathode electrode and the plane substrate surface has an in-plane distribution, and is distributed to the emission threshold voltage and current density of the field emission device depending on the distance between the cathode electrode and the gate electrode. Had occurred. In the process of forming the cathode electrode, Mo is used.
In the electrolytic etching process performed after the sputtering process, the cathode electrode is etched at the same time as unnecessary Mo. Therefore, it is difficult to maintain the shape of the cathode electrode, and the manufacturing yield is reduced.

【0006】そこで本発明は前述した従来技術の問題点
を克服するためのもので、その目的とするところは、大
面積の平面基板においても均一に歩留り高くカソード電
極を形成できる電界電子放出素子を提供するところにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to overcoming the above-mentioned problems of the prior art. It is an object of the present invention to provide a field emission device capable of uniformly forming a cathode electrode with a high yield even on a large-area flat substrate. To provide.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の電界電子放出素
子は、ストライプ状に形成された複数のカソード配線
と、前記カソード配線の表面に形成された複数のカソー
ド電極と、前記カソード電極の近傍にて開口を有し前記
カソード配線と概ね直交するようにストライプ状に形成
された複数のゲート配線とを有することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a field emission device comprising: a plurality of stripe-shaped cathode wirings; a plurality of cathode electrodes formed on the surface of the cathode wiring; And a plurality of gate wirings formed in a stripe shape so as to be substantially orthogonal to the cathode wiring.

【0008】また、本発明の電界電子放出素子は、格子
状に配置されるゲート線及びソース線と、前記ゲート線
及び前記ソース線の交点に応じて配置され且つ各画素毎
に設けられるトランジスタと、前記各画素毎に設けられ
る電界電子放出素子とを有し、前記トランジスタを制御
することにより各画素の前記電界電子放出素子の電子の
放出を制御することを特徴とする。
Further, the field emission device according to the present invention comprises a gate line and a source line arranged in a lattice, and a transistor arranged at each intersection of the gate line and the source line and provided for each pixel. And a field emission device provided for each of the pixels, wherein the emission of electrons of the field emission device of each pixel is controlled by controlling the transistor.

【0009】上記電界電子放出素子において、前記電界
電子放出素子は、カソード電極と、前記カソード電極の
近傍にて開口を有するゲート電極とを有し、前記トラン
ジスタに前記ゲート電極が接続されることを特徴とす
る。
In the above-mentioned field emission device, the field emission device has a cathode electrode and a gate electrode having an opening near the cathode electrode, and the gate electrode is connected to the transistor. Features.

【0010】[0010]

【実施例】本発明の電界電子放出素子およびその製造方
法を実施例に基づきさらに詳述する。 <実施例1>本実施例ではSi単結晶基板の熱酸化法に
よってつくられる電界電子放出素子とその製造方法につ
いて述べる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The field emission device of the present invention and a method for manufacturing the same will be described in more detail with reference to Examples. <Embodiment 1> In this embodiment, a field electron-emitting device made by thermal oxidation of a Si single crystal substrate and a method of manufacturing the same will be described.

【0011】まず電界電子放出素子の構造について説明
する。図1(a)および(b)は本実施例の電界電子放
出素子の概略平面図およびA−A’線に沿った概略断面
図である。この電界電子放出素子はSi単結晶基板より
なる平面基板1と、平面基板1の表面に形成された突起
形状のカソード電極2と、カソード電極2の近傍で開口
され平面基板1の表面に形成された絶縁層3と、カソー
ド電極2の近傍で開口され絶縁層3の表面に形成された
ゲート電極4より構成される。平面基板1はn型伝導体
でキャリア濃度が1×1019cm-3の(100)面を有
するSi単結晶基板である。カソード電極2は平面基板
1と一体化した同一のn型Si単結晶基板からなり、高
さ約2400オングストロームで概ね円錘形状を有す
る。またカソード電極2の突起先端2aはその曲率半径
が1000オングストローム以下で鋭角である。絶縁層
3は平面基板1の表面を熱酸化してつくられる二酸化S
iO 2材料よりなる。すなわち、絶縁層3はカソード電
極2の材料であるSiと、そのSiをSiO2絶縁性材
料に変換する絶縁性不純物成分である酸素(O)を含
む。絶縁層3の膜厚は5000オングストローム、直流
耐圧は約8MV/cmである。ゲート電極4は膜厚が1
000オングストロームのMo薄膜である。カソード電
極2の上部のゲート電極4には直径が約4000オング
ストロームで、その中心軸がカソード電極2の錘軸5に
一致する円形のゲート電極開口4aが設けられている。
またゲート電極4は開口部付近でカソード電極2の方向
に折り曲げられた構造をもつ。ゲート電極開口4aの下
部の絶縁層3にはカソード電極2が露出するように絶縁
層開口3aが設けられている。突起先端2aは絶縁層3
の平坦部分で概略規定される絶縁層仮想面B−B’、お
よびゲート電極開口4aの周辺で概略規定されるゲート
電極開口仮想面C−C’よりは平面基板1の側に位置す
る。突起先端2aとゲート電極4の最短距離は約270
0オングストロームである。
First, the structure of the field emission device will be described.
I do. FIGS. 1A and 1B show the field electron emission of this embodiment.
Schematic plan view of an output element and a schematic cross section taken along line A-A '
FIG. This field emission device is made of silicon single crystal substrate.
Flat substrate 1 and projections formed on the surface of flat substrate 1
Shape of the cathode electrode 2 and an opening near the cathode electrode 2
Insulating layer 3 formed on the surface of flat substrate 1
Opening near the gate electrode 2 and formed on the surface of the insulating layer 3.
It is composed of a gate electrode 4. The planar substrate 1 is an n-type conductor
And the carrier concentration is 1 × 1019cm-3Has (100) face
Is a Si single crystal substrate. The cathode electrode 2 is a flat substrate
1 made of the same n-type Si single crystal substrate integrated with
It is approximately 2400 angstroms and has a generally conical shape
You. The tip 2a of the projection of the cathode electrode 2 has its radius of curvature.
Is an acute angle at 1000 Å or less. Insulating layer
Numeral 3 denotes a dioxide S produced by thermally oxidizing the surface of the flat substrate 1.
iO TwoMade of material. That is, the insulating layer 3 is
Si as the material of the pole 2 and the Si as SiOTwoInsulating material
Oxygen (O), which is an insulating impurity component that
No. The thickness of the insulating layer 3 is 5000 Å, DC
The withstand voltage is about 8 MV / cm. The gate electrode 4 has a thickness of 1
It is a Mo thin film of 000 angstroms. Cathode electricity
The gate electrode 4 above the pole 2 has a diameter of about 4000 angstroms.
In the storm, the center axis is the weight axis 5 of the cathode electrode 2.
A matching circular gate electrode opening 4a is provided.
The gate electrode 4 is located in the direction of the cathode electrode 2 near the opening.
It has a bent structure. Under gate electrode opening 4a
The insulating layer 3 is insulated so that the cathode electrode 2 is exposed.
A layer opening 3a is provided. The tip 2a of the protrusion is an insulating layer 3
Imaginary plane B-B 'of the insulating layer roughly defined by the flat part of
And a gate roughly defined around the gate electrode opening 4a
It is located closer to the plane substrate 1 than the electrode opening imaginary plane C-C ′.
You. The shortest distance between the projection tip 2a and the gate electrode 4 is about 270
0 Angstrom.

【0012】つぎに、この電界電子放出素子の製造方法
について説明する。図2(a)乃至(e)は製造方法の
各主要工程終了後における平面基板の概略断面図であ
る。
Next, a method of manufacturing the field emission device will be described. 2A to 2E are schematic cross-sectional views of the planar substrate after completion of each main step of the manufacturing method.

【0013】まず第一工程では厚さ700μm、6イン
チφのn型Si単結晶基板よりなる平面基板1のカソー
ド電極形成位置にシリコン窒化膜(Si3N4膜)よりな
る拡散マスク6を形成する。Si34膜は熱CVD(C
hemical Vapour Depositio
n)法によって堆積され、3000オングストロームの
膜厚である。これをフォトエッチング法で加工し、直径
が約5000オングストロームの円錐台形状の拡散マス
ク6を形成する。拡散マスク6はその壁面が平面基板1
面に対して90度以下の順テーパ形状を有する(第2図
(a))。なお、拡散マスク6は円錐台形状以外の形
状、例えば角錘台や楕円錘台形状であってもよい。
First, in a first step, a diffusion mask 6 made of a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) is formed at a cathode electrode formation position on a flat substrate 1 made of an n-type Si single crystal substrate having a thickness of 700 μm and 6 inches φ. I do. The Si 3 N 4 film is formed by thermal CVD (C
chemical Vapor Deposition
Deposited by the n) method and has a film thickness of 3000 Å. This is processed by photoetching to form a truncated cone-shaped diffusion mask 6 having a diameter of about 5000 Å. The wall surface of the diffusion mask 6 is
It has a forward taper shape of 90 degrees or less with respect to the plane (FIG. 2 (a)). The diffusion mask 6 may have a shape other than the truncated cone shape, for example, a truncated pyramid shape or an elliptical truncated cone shape.

【0014】つぎに第二工程では熱酸化法を利用し、平
面基板1の表面のうち、拡散マスク6の存在しない領域
には絶縁性不純物である酸素(O)を熱拡散してSiO
2絶縁層3を形成し、拡散マスク6の存在する領域には
カソード電極2を形成する。拡散マスク6は表面からの
酸素の浸入を防止するため、拡散マスク6の存在しない
領域では平面基板1の表面から垂直方向に酸化が進む
が、拡散マスク6の存在する領域では垂直方向へは酸化
が進まない。しかし熱酸化法においては拡散マスク6の
端部より横方向に酸化が進むため、拡散マスク6の下部
に拡散マスク6に自己整合した円錐形状のSi突起を残
すようにSiO2膜が形成される。この残されたSi突
起がカソード電極2である。基板温度を11000℃に
して30分間の水蒸気酸化を行ったとき、平面基板1の
表面には膜厚5000オングストロームのSiO2絶縁
層3が形成され、拡散マスク6の下部には高さ2400
オングストローム、低面の直径約5000オングストロ
ームの円錐形状のSiよりなるカソード電極2が形成さ
れた。拡散マスク6はその周囲がSiO2層に押し上げ
られて凹状に湾曲し、また、その表面にはSiON膜が
形成された(図2(b))。
Next, in a second step, thermal oxidation is used to thermally diffuse oxygen (O), which is an insulating impurity, into a region of the surface of the planar substrate 1 where the diffusion mask 6 does not exist, thereby forming SiO 2.
(2) The insulating layer 3 is formed, and the cathode electrode 2 is formed in a region where the diffusion mask 6 exists. The diffusion mask 6 is oxidized vertically from the surface of the planar substrate 1 in a region where the diffusion mask 6 is not present, but is oxidized in a vertical direction in a region where the diffusion mask 6 is present in order to prevent oxygen from entering the surface. Does not progress. However, in the thermal oxidation method, the oxidation proceeds in the lateral direction from the end of the diffusion mask 6, so that the SiO 2 film is formed below the diffusion mask 6 so as to leave a conical Si protrusion self-aligned with the diffusion mask 6. . The remaining Si protrusion is the cathode electrode 2. When steam oxidation is performed for 30 minutes at a substrate temperature of 11000 ° C., a 5000 angstrom thick SiO 2 insulating layer 3 is formed on the surface of the flat substrate 1, and a height of 2400
A cathode electrode 2 made of Si having a conical shape with a diameter of about 5,000 Å and a lower surface of about Å was formed. The periphery of the diffusion mask 6 was pushed up by the SiO 2 layer and curved in a concave shape, and an SiON film was formed on the surface thereof (FIG. 2B).

【0015】つぎに第三工程ではスパッタ法によって絶
縁層3の表面にMoよりなるゲート電極層4’を形成す
る。ゲート電極層4’の膜厚は絶縁層3や拡散マスクの
表面で2000オングストロームであり、拡散マスク6
の壁面で約800オングストロームであった(図2
(c))。
Next, in a third step, a gate electrode layer 4 'made of Mo is formed on the surface of the insulating layer 3 by a sputtering method. The thickness of the gate electrode layer 4 ′ is 2000 Å on the surface of the insulating layer 3 and the diffusion mask, and
Was about 800 angstroms on the wall (Fig. 2
(C)).

【0016】つぎに第四工程ではカソード電極2に自己
整合したゲート電極開口4aを形成する。まず、拡散マ
スク6の璧面を露出させるためにドライエッチング法に
よってMoの表面を1000オングストロームだけ部分
除去する。このとき、拡散マスク6の壁面にあるMoは
完全に除去され、拡散マスク6および絶縁層3の表面に
は1000オングストロームのゲート電極層4’が残
る。つぎに、露出した拡散マスク6の壁面から熱燐酸液
でこれをエッチング除去する。このとき拡散マスク6の
表面にあるMoもリフトオフ除去される。これによって
カソード電極2に自己整合したゲート電極開口4aを有
するゲート電極4が形成された。ゲート電極開口4aの
開口直径は約4000オングストロームである(図2
(d))。
Next, in a fourth step, a gate electrode opening 4a self-aligned with the cathode electrode 2 is formed. First, in order to expose the wall surface of the diffusion mask 6, the surface of Mo is partially removed by 1000 Å by dry etching. At this time, Mo on the wall surface of the diffusion mask 6 is completely removed, and the gate electrode layer 4 ′ of 1000 Å remains on the surfaces of the diffusion mask 6 and the insulating layer 3. Next, the exposed diffusion mask 6 is etched away from the exposed wall surface with a hot phosphoric acid solution. At this time, Mo on the surface of the diffusion mask 6 is also lifted off. As a result, a gate electrode 4 having a gate electrode opening 4a self-aligned with the cathode electrode 2 was formed. The opening diameter of the gate electrode opening 4a is about 4000 angstroms (FIG. 2).
(D)).

【0017】最後の第五工程では絶縁層3を開口して、
カソード電極2を露出させる。HFバッファ液はMoや
Siは溶かさず、SiO2は溶かすため、これを用いて
ゲート電極開口4a領域に露出した絶縁層3をエッチン
グ除去し、絶縁層開口3aを設けてカソード電極2を露
出させる(図2(e))。
In the final fifth step, the insulating layer 3 is opened,
The cathode electrode 2 is exposed. Since the HF buffer solution does not dissolve Mo or Si, but dissolves SiO 2 , the insulating layer 3 exposed in the gate electrode opening 4 a region is removed by etching, and the insulating layer opening 3 a is provided to expose the cathode electrode 2. (FIG. 2 (e)).

【0018】このような製造方法によって製造された電
界電子放出素子は、カソード電極2とゲート電極4の最
短距離が約2700オングストロームであり、このばら
つきは6インチφの平面基板1で±2%以内と非常に小
さく良好であった。このばらつきの程度は拡散マスク6
の下部の横方向の酸化速度のばらつきを反映しており、
熱酸化時の基板温度を均一にすることでさらに小さくで
きる。
In the field emission device manufactured by such a manufacturing method, the shortest distance between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 is about 2700 angstroms, and this variation is within ± 2% for the flat substrate 1 of 6 inches φ. And was very small and good. The degree of this variation is determined by the diffusion mask 6
Reflects the variation in the lateral oxidation rate at the bottom of
The temperature can be further reduced by making the substrate temperature uniform during thermal oxidation.

【0019】このように製造した電界電子放出素子の電
気特性を高真空中(1×10-7Torr以下)で測定し
た。その結果、一素子当りのカソード電流IkがIk=
1μAとなるゲート電圧Vgkを閾値電圧Vthとする
と、本実施例のものはVth=80Vであった。また、
そのばらつきは±5%以内であった。閾値電圧のばらつ
きはカソード電極2の表面状態に依存しており、真空中
でその表面をクリーニングすることなどによってさらに
改善される。閾値電圧を下げるにはカソード電極2とゲ
ート電極4の距離をより短くすればよい。これには絶縁
層3の膜厚を薄くする方法が考えられるが、このほか
に、製造方法において第三工程のゲート電極層4’の形
成の前に、拡散マスク6の表面に形成されているSiO
N膜をエッチング除去することで拡散マスク6の直径を
小さくし、ゲート電極開口4aの開口径を小さくする方
法が効果的である。
The electric characteristics of the field emission device thus manufactured were measured in a high vacuum (1 × 10 −7 Torr or less). As a result, the cathode current Ik per element becomes Ik =
Assuming that the gate voltage Vgk at 1 μA is the threshold voltage Vth, Vth = 80 V in this embodiment. Also,
The variation was within ± 5%. The variation of the threshold voltage depends on the surface condition of the cathode electrode 2, and is further improved by cleaning the surface in a vacuum. To lower the threshold voltage, the distance between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4 may be reduced. For this purpose, a method of reducing the thickness of the insulating layer 3 can be considered. In addition, the insulating layer 3 is formed on the surface of the diffusion mask 6 before the formation of the gate electrode layer 4 'in the third step. SiO
It is effective to reduce the diameter of the diffusion mask 6 by etching and removing the N film, and to reduce the opening diameter of the gate electrode opening 4a.

【0020】なお絶縁層3の材料としてSiO2を用い
たが、本発明はこれに限定されるものでなく、たとえば
窒素(N)を拡散した窒化シリコン(SiNX)や酸化
窒化シリコン(SiON)なども利用できる。絶縁層の
形成方法として熱酸化法を用いたが、本発明はこれに限
らず、イオン注入法や陽極酸化法による絶縁性不純物成
分の拡散法が適用できることは言うまでもない。
Although SiO 2 is used as the material of the insulating layer 3, the present invention is not limited to this. For example, silicon nitride (SiN x ) or silicon oxynitride (SiON) in which nitrogen (N) is diffused Also available. Although a thermal oxidation method was used as a method of forming the insulating layer, the present invention is not limited to this, and it goes without saying that a method of diffusing an insulating impurity component by an ion implantation method or an anodic oxidation method can be applied.

【0021】また絶縁層の材料にSiO2などの絶縁体
を取り上げたが、本発明はこれに限るものではない。す
なわち、例えば、平面基板1にp型Si単結晶基板を用
い、その表面に設けたn型Si層との間に形成されるp
−n接合空乏層を絶縁層としてもよい。このときカソー
ド電極はp型Siであり、絶縁層はそれに絶縁性不純物
成分として、例えばリン(P)を含む。p型Si単結晶
基板の不純物濃度が1×1015cm-3のとき、p−n接
合空乏層の逆バイアス降伏電圧は約300Vであって、
このとき、電界電子放出素子の絶縁層として十分の耐圧
を有する。表面に設けたn型Si層をゲート電極として
使用してもよい。また、SiO2膜との積層構造にして
絶縁層を構成してもよい。
Although an insulator such as SiO 2 is used as the material of the insulating layer, the present invention is not limited to this. That is, for example, a p-type Si single crystal substrate is used as the plane substrate 1 and the p-type silicon layer formed between the planar substrate 1 and the n-type Si layer
The -n junction depletion layer may be used as an insulating layer. At this time, the cathode electrode is p-type Si, and the insulating layer contains, for example, phosphorus (P) as an insulating impurity component. When the impurity concentration of the p-type Si single crystal substrate is 1 × 10 15 cm −3 , the reverse bias breakdown voltage of the pn junction depletion layer is about 300 V,
At this time, it has a sufficient withstand voltage as an insulating layer of the field emission device. An n-type Si layer provided on the surface may be used as a gate electrode. Further, the insulating layer may have a laminated structure with the SiO 2 film.

【0022】またゲート電極4の材料として、Moのほ
かにチタン(Ti)、クロム(Cr)、アルミニウム
(Al)などの金属やシリサイド、半導体などが利用で
きる。
As a material for the gate electrode 4, a metal such as titanium (Ti), chromium (Cr), aluminum (Al), a silicide, a semiconductor, or the like can be used in addition to Mo.

【0023】また本実施例では平面基板1にn型Si単
結晶基板を用いたが、これに限定されず、p型Si単結
晶基板や、ゲルマニウム基板、ガリウム砒素基板などの
半導体基板やAl基板などの金属基板などが適用でき
る。 <実施例2>本実施例では電界電子放出素子の製造に用
いる拡散マスクとして、逆テーパ形状のものもしくは庇
形状のものを利用する製造方法について述べる。
In this embodiment, an n-type Si single-crystal substrate is used as the flat substrate 1. However, the present invention is not limited to this. And the like can be applied. <Embodiment 2> In this embodiment, a manufacturing method using an inversely tapered or eave-shaped diffusion mask as a diffusion mask for manufacturing a field emission device will be described.

【0024】図4(a)乃至(d)は逆テーパ形状を有
する拡散マスクを利用した電界電子放出素子の製造方法
の名主要工程終了後における平面基板の概略断面図であ
る。
FIGS. 4A to 4D are schematic cross-sectional views of a flat substrate after a main step of a method of manufacturing a field emission device using a diffusion mask having an inversely tapered shape.

【0025】まず、第一工程では平面基板1の表面に逆
テーパ形状の拡散マスク6を形成する。拡散マスク6は
平面基板1の表面に熱CVD法で堆積した膜厚5000
オングストロームのSiO2膜をフォトエッチング法で
逆テーパ形状に加工したもので、平面基板1に接する下
面の直径が0.5μm、それと反対側の上面の直径が
1.5μmの逆円錐台形状を有する。熱CVD法で堆積
したSiO2膜は平面基板1との密着強度が低く、レジ
ストとの密着強度を高くした状態でHF系の湿式エッチ
ングを行うと、平面基板1との界面でのエッチングが早
く進行し、逆テーパ形状の拡散マスク6が形成される
(図4(a))。
First, in a first step, an inversely tapered diffusion mask 6 is formed on the surface of the flat substrate 1. The diffusion mask 6 has a thickness of 5000 deposited on the surface of the planar substrate 1 by a thermal CVD method.
An Angstrom SiO 2 film is processed into a reverse tapered shape by a photo-etching method, and has an inverted truncated cone shape with a lower surface in contact with the flat substrate 1 having a diameter of 0.5 μm and an upper surface on the opposite side having a diameter of 1.5 μm. . When the SiO 2 film deposited by the thermal CVD method has a low adhesion strength with the flat substrate 1 and performs HF wet etching in a state where the adhesion strength with the resist is high, the etching at the interface with the flat substrate 1 is quick. Then, a diffusion mask 6 having an inversely tapered shape is formed (FIG. 4A).

【0026】つぎに第二工程では実施例1の第二工程と
同様にして絶縁層3を形成する(図4(b))。
Next, in the second step, the insulating layer 3 is formed in the same manner as in the second step of the first embodiment (FIG. 4B).

【0027】つぎに第三工程では方向性粒子堆積法によ
ってゲート電極層4’を形成する。方向性粒子堆積法は
平面基板1の表面に対して概ね垂直方向より粒子を飛ば
し、ゲート電極層4’を堆積させる方法である。この方
法を用いると逆テーパ形状を有する拡散マスク6の庇効
果によって拡散マスク6の壁面には粒子は堆積せず、拡
散マスク6の表面と絶縁層3の表面との間でゲート電極
層4’は分断される。本実施例では方向性粒子堆積法と
して電子ビーム蒸着法を用い、Mo粒子を1000オン
グストロームの膜厚に堆積させてゲート電極層4’を形
成した(図4(c))。方向性粒子堆積法としては蒸着
法以外にスパッタ法やECRプラズマ堆積法などが適用
できる。
Next, in a third step, a gate electrode layer 4 'is formed by a directional particle deposition method. The directional particle deposition method is a method in which particles are ejected from a direction substantially perpendicular to the surface of the flat substrate 1 to deposit the gate electrode layer 4 '. When this method is used, no particles are deposited on the wall surface of the diffusion mask 6 due to the eaves effect of the diffusion mask 6 having the inverse tapered shape, and the gate electrode layer 4 ′ is formed between the surface of the diffusion mask 6 and the surface of the insulating layer 3. Is divided. In the present embodiment, an electron beam evaporation method was used as the directional particle deposition method, and Mo particles were deposited to a thickness of 1000 Å to form the gate electrode layer 4 ′ (FIG. 4C). As the directional particle deposition method, a sputtering method, an ECR plasma deposition method, or the like can be applied other than the vapor deposition method.

【0028】つぎに第四工程および第五工程ではカソー
ド電極2に自己整合させてゲート電極開口4aおよび絶
縁層開口3aを連続的に形成する。平面基板1をHFバ
ッファ液に浸漬し拡散マスク6とカソード電極2の近傍
の絶縁層3を連続してエッチング除去しカソード電極2
を露出させる。このとき拡散マスク6の表面のMoもリ
フトオフ除去される(図4(d))。
Next, in a fourth step and a fifth step, a gate electrode opening 4a and an insulating layer opening 3a are continuously formed by self-alignment with the cathode electrode 2. The flat substrate 1 is immersed in an HF buffer solution, and the diffusion mask 6 and the insulating layer 3 in the vicinity of the cathode electrode 2 are successively removed by etching.
To expose. At this time, Mo on the surface of the diffusion mask 6 is also lifted off (FIG. 4D).

【0029】本実施例による製造方法は方向性粒子堆積
法の適用で拡散マスク6の璧面は露出しており、実施例
1の第三工程で行ったMoの表面を部分除去して壁面を
露出する工程は不要であり、また拡散マスク6と絶縁層
3は同材料であるため、ゲート電極開口4aと絶縁層開
口3aを同一手段で連続して形成できるという優れた特
長を有する。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the wall surface of the diffusion mask 6 is exposed by the application of the directional particle deposition method, and the Mo surface performed in the third step of the first embodiment is partially removed to remove the wall surface. The step of exposing is unnecessary, and the diffusion mask 6 and the insulating layer 3 are made of the same material, so that they have an excellent feature that the gate electrode opening 4a and the insulating layer opening 3a can be continuously formed by the same means.

【0030】本実施例では拡散マスク6としてSiO2
材料よりなる逆テーパ形状のものを利用したが、この他
に多層膜で構成された庇形状のものなどが利用できる。
図5(a)および(b)は多層膜よりなる二種類の拡散
マスクの概略断面図である。拡散マスク6を構成する多
層膜は平面基板1の表面から順に第一SiO2膜6a、
Si34膜6b、および第二SiO2膜6cである.第
二SiO2膜6cは図5(a)のものが逆テーパ形状
で、図5(b)のものが順テーパ形状であるが、いずれ
もその下部の第一SiO2膜6aやSi34膜6bに比
べ横に突き出た構造であって庇効果を有することが重要
である。Si34膜6bは絶縁性不純物の透過防止作用
があり、第一SiO2膜6aはSi34膜6bの応力緩
和作用がある。 <実施例3>本実施例ではカソード電極をより高くし、
突起先端をゲート電極により近づけた電界電子放出素子
とその製造方法について述べる。
In this embodiment, the diffusion mask 6 is made of SiO 2
Although an inverted tapered shape made of a material is used, an eaves-shaped shape formed of a multilayer film can be used.
FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views of two types of diffusion masks composed of a multilayer film. The multilayer film forming the diffusion mask 6 is composed of a first SiO 2 film 6a,
The Si 3 N 4 film 6b and the second SiO 2 film 6c. The second SiO 2 film 6c shown in FIG. 5A has a reverse tapered shape, and the one shown in FIG. 5B has a forward tapered shape. In each case, the first SiO 2 film 6a or Si 3 N It is important that it has a structure that protrudes laterally compared to the four films 6b and has an eaves effect. The Si 3 N 4 film 6b has a function of preventing transmission of insulating impurities, and the first SiO 2 film 6a has a function of relaxing the stress of the Si 3 N 4 film 6b. <Embodiment 3> In this embodiment, the cathode electrode is made higher,
A field-emission device in which the tip of the protrusion is closer to the gate electrode and a method for manufacturing the same will be described.

【0031】図6(a)乃至(e)は本実施例の電界電
子放出素子の製造方法の各主要工程終了後における平面
基板の概略断面図である。
FIGS. 6A to 6E are schematic cross-sectional views of the flat substrate after completion of each main step of the method of manufacturing the field emission device of this embodiment.

【0032】まず第一工程では平面基板1の表面のカソ
ード電極形成位置に拡散マスク6を形成し、平面基板1
の拡散マスク6の下部に台座1aを形成する。拡散マス
ク6は平面が正方形、断面が逆テーパ形状の逆角錘台形
状を有し、平面基板1と接する下面は一辺が5000オ
ングストロームの正方形であり、その辺の方向はSi単
結晶基板の<110>方向に一致している。拡散マスク
6の製造方法は実施例2の第一工程と同様である(図6
(a))。台座1aは高さが3500オングストロー
ム、上面の一辺が約5000オングストロームの角錘台
形状であり、拡散マスク6をエッチングマスクとしてS
i単結晶基板の異方性エッチング法によって形成した
(図6(b))。異方性エッチング法としてエチレンジ
アミン・ピロカテコール・水の混合エッチング液を用い
るEPW法を利用した。このほかにKOH法あるいはド
ライエッチング法などが適用できる。異方性エッチング
法で形成された台座1aは平面基板1の表面に対して約
55度の角度をなす(111)面の璧面を4面有する。
First, in the first step, a diffusion mask 6 is formed on the surface of the flat substrate 1 at the position where the cathode electrode is to be formed.
The pedestal 1a is formed below the diffusion mask 6. The diffusion mask 6 has an inverted truncated pyramid shape having a square plane and an inverted tapered cross section, and a lower surface in contact with the plane substrate 1 is a square having a side of 5000 angstroms. 110> direction. The method of manufacturing the diffusion mask 6 is the same as the first step of the second embodiment (FIG. 6).
(A)). The pedestal 1a has a truncated pyramid shape with a height of 3500 angstroms and one side of the upper surface of about 5000 angstroms.
An i-single-crystal substrate was formed by an anisotropic etching method (FIG. 6B). An EPW method using a mixed etching solution of ethylenediamine, pyrocatechol and water was used as the anisotropic etching method. In addition, a KOH method or a dry etching method can be applied. The pedestal 1a formed by the anisotropic etching method has four (111) planes which make an angle of about 55 degrees with the surface of the flat substrate 1.

【0033】つづく第二工程乃至第五工程は実施例2の
第二工程乃至第五工程と同様である(図6(c)乃至
(e))。
The subsequent second to fifth steps are the same as the second to fifth steps of the second embodiment (FIGS. 6C to 6E).

【0034】図7(a)および(b)は本実施例の電界
電子放出素子の概略平面図およびD−D’線に沿った概
略断面図である。平面基板1の表面に形成されたカソー
ド電極2は高さが約6000オングストローム、断面の
頂角(θ)が約70度の概ね正四角錘形状を有し、その
錘軸5は概ね正方形状を有するゲート電極開口4aの中
心を通る。平面部における絶縁層3の膜厚は約5000
オングストローム、ゲート電極4の膜厚は約1000オ
ングストロームである。従って、突起先端2aは絶縁層
3の平面部で概略規定される絶縁層仮想面E−E’より
は上に位置し、ゲート電極開口4aの周辺で概略規定さ
れるゲート電極関口仮想面F−F’よりは下に位置す
る。突起先端2aとゲート電極4との間の最短距離は約
2500オングストロームである。この電界電子放出素
子は実施例1もしくは実施例2のものに比べ、突起先端
2aがゲート電極4により近づいた構造である。これは
台座1aを用いることによって突起先端2a付近のSi
2膜の盛り上がり量が低減したことによる。本実施例
で述べた電界電子放出素子の閾値電圧はVgk=70V
(Ik=1μA)であった。 <実施例4>本実施例では絶縁性基板とその表面に設け
られた導電性薄膜とからなる平面基板を利用した電界電
子放出素子とその製造方法について述べる。
FIGS. 7A and 7B are a schematic plan view and a schematic sectional view taken along line DD 'of the field emission device of this embodiment. The cathode electrode 2 formed on the surface of the flat substrate 1 has a substantially square pyramid shape with a height of about 6000 angstroms and a vertical angle (θ) of about 70 degrees in cross section, and the weight axis 5 has a substantially square shape. Pass through the center of the gate electrode opening 4a. The thickness of the insulating layer 3 in the plane portion is about 5000
The thickness of the gate electrode 4 is about 1000 angstroms. Accordingly, the protrusion tip 2a is located above the insulating layer virtual plane EE 'roughly defined by the plane portion of the insulating layer 3, and the gate electrode barrier virtual plane F- is roughly defined around the gate electrode opening 4a. It is located below F '. The shortest distance between the projection tip 2a and the gate electrode 4 is about 2500 angstroms. This field emission device has a structure in which the tip 2a of the projection is closer to the gate electrode 4 than that of the first or second embodiment. This is because, by using the pedestal 1a, Si
This is due to a reduction in the amount of protrusion of the O 2 film. The threshold voltage of the field emission device described in this embodiment is Vgk = 70 V
(Ik = 1 μA). <Embodiment 4> In this embodiment, a field-emission device using a flat substrate composed of an insulating substrate and a conductive thin film provided on the surface thereof and a method of manufacturing the same will be described.

【0035】図8は絶縁性基板をもつ電界電子放出素子
の概略断面図である。この電界電子放出素子は透明な石
英基板1bとその表面に形成された導電性のn型多結晶
Si薄膜1cからなる平面基板1と、Si薄膜1cの表
面に一体的に同材料で形成されたカソード電極2と、S
i薄膜1cの表面に形成されカソード電極2の近傍で開
口されたSiO2膜よりなる絶縁層3と、絶縁層3の表
面に形成されカソード電極2の近傍で開口されたゲート
電極4から構成される。Si薄膜1cは電子濃度が約1
×1018cm-3、比抵抗が約0.03Ω・cmであり、
その膜厚はカソード電極2の存在しない平坦部で約50
00オングストロームである。カソード電極2は高さが
約2000オングストロームの概ね円錐形状で、突起先
端2aの曲率半径は2000オングストローム以下であ
る。絶縁層3は膜厚が約5500オングストロームで、
Si薄膜1cに絶縁性不純物である酸素を熱拡散して形
成したものである。ゲート電極4は膜厚1000オング
ストロームのMo薄膜よりなり、ゲート電極開口4aは
直径約5500オングストロームの円形でカソード電極
2に自己整合的に形成されている。
FIG. 8 is a schematic sectional view of a field emission device having an insulating substrate. This field emission device is formed integrally with a flat substrate 1 comprising a transparent quartz substrate 1b and a conductive n-type polycrystalline Si thin film 1c formed on the surface thereof, and the same material on the surface of the Si thin film 1c. Cathode electrode 2 and S
An insulating layer 3 made of a SiO 2 film formed on the surface of the i thin film 1 c and opened near the cathode electrode 2, and a gate electrode 4 formed on the surface of the insulating layer 3 and opened near the cathode electrode 2. You. The Si thin film 1c has an electron concentration of about 1
× 10 18 cm -3 , the specific resistance is about 0.03Ω · cm,
The film thickness is about 50 at the flat portion where the cathode electrode 2 does not exist.
00 angstroms. The cathode electrode 2 has a substantially conical shape with a height of about 2000 Å, and the radius of curvature of the tip 2a of the projection is 2000 Å or less. The insulating layer 3 has a thickness of about 5500 angstroms,
It is formed by thermally diffusing oxygen, which is an insulating impurity, into the Si thin film 1c. The gate electrode 4 is made of a Mo thin film having a thickness of 1000 angstroms, and the gate electrode opening 4a is formed in a circular shape having a diameter of about 5500 angstroms in a self-aligned manner with the cathode electrode 2.

【0036】この電界電子放出素子の製造方法は、平面
基板1の準備工程と熱酸化条件を除き、実施例2で述べ
た製造方法と同様である。平面基板1の準備工程は厚さ
1.1mm、直径6インチφの石英基板1bの表面にn
型のSi薄膜1cを形成し、平面基板1を準備する工程
である。Si薄膜1cは減圧CVD法によって堆積され
た膜厚が8000オングストロームのノンドープ多結晶
Si薄膜にリン(P)を熱拡散して低抵抗化したもので
ある.また、第二工程の熱酸化条件は基板温度が110
0℃、酸化時間が20分で水蒸気酸化である。多結晶S
i薄膜は単結晶Si基板に比べて酸化速度が速いため酸
化時間が短い。
The method of manufacturing this field emission device is the same as the manufacturing method described in the second embodiment except for the step of preparing the flat substrate 1 and the conditions of thermal oxidation. The preparation process of the planar substrate 1 is performed by forming n on the surface of a quartz substrate 1b having a thickness of 1.1 mm and a diameter of 6 inches.
This is a step of preparing a flat substrate 1 by forming a mold Si thin film 1c. The Si thin film 1c is obtained by thermally diffusing phosphorus (P) into a non-doped polycrystalline Si thin film having a thickness of 8000 angstroms deposited by a low pressure CVD method to reduce the resistance. The thermal oxidation conditions in the second step are such that the substrate temperature is 110
Steam oxidation at 0 ° C. for 20 minutes. Polycrystalline S
The oxidation time of the i-thin film is shorter than that of the single-crystal Si substrate, so the oxidation time is short.

【0037】なおSi薄膜1cは配線にも利用できる。
この場合、熱酸化工程の前にSi薄膜1cをエッチング
し分離しておけば、第二工程の絶縁層を形成する際に、
配線も絶縁層に覆われ配線の絶縁分離に都合がよい。絶
縁性基板に透明なものを用いると、平面基板1はSi薄
膜1cやゲート電極4の存在しない領域は透明である。
したがって、本実施例の電界電子放出素子を利用して発
光型表示装置を構成した場合、平面基板1の方向より蛍
光層の発光を認識できるので明るい表示装置が実現でき
る。
The Si thin film 1c can be used for wiring.
In this case, if the Si thin film 1c is etched and separated before the thermal oxidation step, when forming the insulating layer in the second step,
The wiring is also covered with an insulating layer, which is convenient for insulating and separating the wiring. When a transparent insulating substrate is used, the flat substrate 1 is transparent in a region where the Si thin film 1c and the gate electrode 4 are not present.
Therefore, when a light-emitting display device is configured using the field emission device of this embodiment, light emission of the fluorescent layer can be recognized from the direction of the flat substrate 1, so that a bright display device can be realized.

【0038】本実施例では導電性薄膜としてSi薄膜
を、絶縁層としてSiO2膜を用いたが、この組合せに
限らず、例えば表1のような組合せのものが適用でき
る。
In this embodiment, the Si thin film is used as the conductive thin film and the SiO 2 film is used as the insulating layer. However, the present invention is not limited to this combination, and for example, the combinations shown in Table 1 can be applied.

【0039】[0039]

【表1】 [Table 1]

【0040】ここで、Al23やTa25はAlやTa
に陽極酸化法によって絶縁性不純物である酸素を拡散し
て形成してもよい。また、石英基板1bの他、製造方法
に耐えられる平面性基板であれば種類は問わず利用でき
る。
Here, Al 2 O 3 and Ta 2 O 5 are Al and Ta
Oxygen which is an insulating impurity may be diffused by anodization. In addition to the quartz substrate 1b, any type of flat substrate that can withstand the manufacturing method can be used.

【0041】本実施例の製造方法に実施例3を適用し、
台座を導電性薄膜に形成して、突起先端をゲート電極に
より近づけることも容易である。 <実施例5>本実施例ではカソード電極のおもに突起先
端をシャープ化する電界電子放出素子の製造方法につい
て述べる。本実施例は前述した実施例1乃至4の電界電
子放出素子に適用されるのはもちろんであるが、これ以
外の突起状カソード電極をもつ電界電子放出素子にも適
用可能である。
Example 3 is applied to the manufacturing method of this example,
It is also easy to form the pedestal on a conductive thin film and bring the tip of the projection closer to the gate electrode. <Embodiment 5> In this embodiment, a method of manufacturing a field electron emission device in which the tip of a projection of a cathode electrode is sharpened will be described. This embodiment can be applied not only to the field emission devices of the first to fourth embodiments but also to other field emission devices having a protruding cathode electrode.

【0042】図9(a)乃至(c)は本実施例の第六工
程前後における平面基板の概略断面図である。第六工程
は第五工程までに製造された電界電子放出素子のカソー
ド電極をドライエッチング技術によってシャープ化する
工程である。第五工程終了後のカソード電極2は不純物
の界面に沿った拡散などに起因して曲率半径が数100
0オングストロームと大きくなる場合がある(図9
(a))。このような電界電子放出素子は閾値電圧が非
常に大きく電気特性が良好ではない。そこで突起先端2
aの曲率半径を小さくし電気特性を向上させるために、
第六工程でカソード電極2にビ−ム状のエッチングガス
7を照射し、おもにカソード電極2の側面をエッチング
除去して突起先端2aをシャープ化するのである(図9
(b))。カソード電極2がSi材料のとき、エッチン
グガス7としてプラズマ状態のフロン(CF4)を用
い、化学的にエッチングを行った。この他に加速粒子で
スパッタする物理的エッチングも有効である。Si材料
以外のものであってもこれらの方法は有効である。シャ
ープ化された電界電子放出素子はカソード電極2の周辺
の平面基板1が扶られ、突起先端2aがゲート電極4よ
り1.5倍ほど遠くなるものの、その曲率半径は500
オングストローム以下となり、カソード電極2のシャー
プ化が実現できた(図9(c))。
FIGS. 9A to 9C are schematic sectional views of the flat substrate before and after the sixth step in this embodiment. The sixth step is a step of sharpening the cathode electrode of the field emission device manufactured up to the fifth step by a dry etching technique. After the fifth step, the cathode electrode 2 has a radius of curvature of several hundreds due to diffusion along the interface of impurities.
0 Angstroms (see FIG. 9)
(A)). Such a field emission device has a very large threshold voltage and poor electrical characteristics. Then the tip 2
In order to reduce the radius of curvature of a and improve the electrical characteristics,
In the sixth step, the cathode electrode 2 is irradiated with a beam-like etching gas 7, and the side surface of the cathode electrode 2 is mainly etched away to sharpen the tip 2a of the projection (FIG. 9).
(B)). When the cathode electrode 2 was made of a Si material, etching was chemically performed using chlorofluorocarbon (CF 4 ) as an etching gas 7. In addition to this, physical etching by sputtering with accelerated particles is also effective. These methods are effective even for materials other than Si materials. The sharpened field electron emission element is supported by the flat substrate 1 around the cathode electrode 2 and the tip 2a of the projection is about 1.5 times as far as the gate electrode 4, but its radius of curvature is 500.
Angstrom or less, and the sharpening of the cathode electrode 2 was realized (FIG. 9C).

【0043】本実施例に従ってシャープ化されたカソー
ド電極を有する電界電子放出素子は閾値電圧がVgk=
55V(Ik=1μA)であり、シャープ化する以前の
ものに比べ約30%閾値電圧が低下した。
In the field emission device having the cathode electrode sharpened according to the present embodiment, the threshold voltage is Vgk =
The threshold voltage was 55 V (Ik = 1 μA), which was about 30% lower than that before sharpening.

【0044】閾値電圧を下げる方法として、ゲート電
極とカソード電極との距離を小さくする方法、突起先
端の曲率半径を小さくする方法があるが、この他に、カ
ソード電極の仕事関数を小さくする方法も非常に有効で
ある。バリウム(Ba)、セシウム(Cs)、トリウム
(Th)、酸化バリウム(BaO)、酸化トリウム(T
hO2)などの仕事関数の小さな材料の薄膜を突起先端
付近に形成すればよい。図10はカソード電極2の突起
先端2aにBa薄膜8を形成した電界電子放出素子の概
略断面図である。この電界電子放出素子の閾値電圧はV
gk=40V(Ik=1μA)であった。Ba薄膜8の
存在でカソード電極2とゲート電極4の距離が小さくな
り、この効果によっても閾値電圧が低下する。 <実施例6>本実施例では電界電子放出素子を利用した
多極電子装置について述べる。
As a method of lowering the threshold voltage, there are a method of reducing the distance between the gate electrode and the cathode electrode, and a method of reducing the radius of curvature of the tip of the projection. In addition, a method of reducing the work function of the cathode electrode is also available. Very effective. Barium (Ba), Cesium (Cs), Thorium (Th), Barium oxide (BaO), Thorium oxide (T
A thin film of a material having a small work function such as hO 2 ) may be formed near the tip of the protrusion. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a field electron emission element in which a Ba thin film 8 is formed on the tip 2a of the projection of the cathode electrode 2. The threshold voltage of this field emission device is V
gk = 40 V (Ik = 1 μA). The presence of the Ba thin film 8 reduces the distance between the cathode electrode 2 and the gate electrode 4, and this effect also lowers the threshold voltage. <Embodiment 6> In this embodiment, a multi-pole electronic device using a field emission device will be described.

【0045】図11(a)および(b)は縦型三極装置
の概略平面図およびG−G’線に沿った概略断面図であ
る。三極装置はカソード電極、ゲート電極、およびアノ
ード電極という3つの電極を真空中に有した真空トラン
ジスタであって、各電極の電位によって電子電流を制御
する電子装置である。縦型三極装置はカソード電極2お
よびゲート電極4からなる電界電子放出素子を有する平
面基板1とアノード電極9を表面に有する対向基板10
とをカソード電極2とアノード電極9が向かい合うよう
に挟持体11を介して配置し、これらの中間に真空層1
2を保持した構造である。電界電子放出素子は実施例3
に基づいて製造し、4個を並列にしてゲート電極4を共
用した。対向基板10は平面ガラス基板であって、その
熱膨張係数が平面基板1のそれに10%以内の誤差で一
致するものとした。アノード電極9はW材料よりなる。
挟持体11は対向基板10と同じ材質で、電界電子放出
素子を囲んで形成し、それぞれの基板とフリットガラス
を使用して接着し封止した。真空層12は光加熱によっ
て蒸発させたBaAl4ゲッタリング材料によって1×
10-7Torr以下の真空度に維持されている。それぞ
れの電極から外部電子回路への取り出しはカソード端子
1d、ゲート端子4b、およびアノード端子9aを用い
た。この縦型三極装置はカソード電極2とゲート電極4
との距離(G−K間距離)が2500オングストロー
ム、カソード電極2とアノード電極9との距離(A−K
間距離)が50μmである.また真空層12の大きさは
縦200μm、横200μm、厚さ50μmである。
FIGS. 11A and 11B are a schematic plan view and a schematic sectional view taken along line GG 'of a vertical triode device. The three-electrode device is a vacuum transistor having three electrodes, ie, a cathode electrode, a gate electrode, and an anode electrode, in a vacuum, and is an electronic device that controls an electron current by the potential of each electrode. The vertical triode device is composed of a flat substrate 1 having a field electron emission element comprising a cathode electrode 2 and a gate electrode 4 and a counter substrate 10 having an anode electrode 9 on its surface.
Are arranged via a holding body 11 so that the cathode electrode 2 and the anode electrode 9 face each other.
2 is held. Example 3 is a field emission device.
And the gate electrode 4 was shared by making four of them in parallel. The opposing substrate 10 is a flat glass substrate, and its thermal expansion coefficient matches that of the flat substrate 1 with an error within 10%. The anode electrode 9 is made of a W material.
The holding body 11 is made of the same material as the counter substrate 10 and is formed so as to surround the field emission device, and is bonded and sealed to each substrate using frit glass. The vacuum layer 12 is made of BaAl 4 gettering material evaporated by light heating to obtain 1 ×
The degree of vacuum is maintained at 10 -7 Torr or less. The cathode terminal 1d, the gate terminal 4b, and the anode terminal 9a were used for taking out from each electrode to an external electronic circuit. This vertical triode device has a cathode electrode 2 and a gate electrode 4
(The distance between G and K) is 2500 angstroms, and the distance between the cathode electrode 2 and the anode electrode 9 (AK
(Interval distance) is 50 μm. The size of the vacuum layer 12 is 200 μm in length, 200 μm in width, and 50 μm in thickness.

【0046】図12(a)および(b)は横型三極装置
の概略平面図およびH−H’線に沿った概略断面図であ
る。横型三極装置は電界電子放出素子とアノード電極9
を平面基板1の表面に横に並べた構造であって、アノー
ド電極9とゲート電極4が同層で形成される点が縦型三
極装置と異なる。そのほかの構造は第11図に示した構
造と同様である。
FIGS. 12 (a) and 12 (b) are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view taken along line HH 'of a horizontal triode device. The horizontal triode is composed of a field emission device and an anode 9
Are arranged side by side on the surface of the flat substrate 1, and are different from the vertical triode device in that the anode electrode 9 and the gate electrode 4 are formed in the same layer. Other structures are the same as the structure shown in FIG.

【0047】前述した縦型三極装置の電圧・電流(V−
I)静特性を第13図に示す。これはカソード電極2を
接地し、アノード電圧をVak=200V一定とした状
態で、ゲート電圧Vgkに対するゲート電流13a(I
gk)とアノード電流13b(Iak)を測定したグラ
フである.IgkおよびIakはVgkに対し指数関数
的に増加しFNトンネル電流であることを示す。ここで
注目すべきはVgkに関係なく電流比(Iak/Ig
k)がほぼ一定で約30となる点である。すなわち縦型
三極装置は電流モードで制御すると、入力(Igk)に
対して出力(Iak)が比例関係にあり、電流増幅率α
=30のリニア電流増幅器となる。図14はこの縦型三
極装置を用いてリニア増幅器を構成した回路図である。
三極装置14のカソード電極2を接地し、アノード電極
9にアノードバイアス電圧16(V AK)と負荷抵抗15
(RL)を直列接続した構成である。ゲート電極4にバ
イアス電流Iiと微小信号電流iiを重畳させた入力電流
17(Ii+ii)を入力すると、負荷抵抗15の両端に
式で示される出力電圧が現われる。すなわち、 Vo+vo=−α・RL・(Ii+ii) =−α・RL・Ii−α・RL・ii … である。したがって式より微小信号電流iiが−α・
L倍に増幅された出力電圧voが得られる。このよう
な特性は横型三極装置でも同様に得られる。
The voltage and current (V-
I) Static characteristics are shown in FIG. This connects the cathode electrode 2
Grounded, with anode voltage constant at Vak = 200V
In the state, the gate current 13a (I
gk) and the anode current 13b (Iak) were measured.
H. Igk and Iak are exponential functions to Vgk
It shows that it is a FN tunnel current. here
It should be noted that the current ratio (Iak / Ig
k) is approximately constant and about 30. Ie vertical
When the triode is controlled in the current mode, the input (Igk)
On the other hand, the output (Iak) is in a proportional relationship, and the current amplification rate α
= 30 linear current amplifier. FIG. 14 shows this vertical type
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a linear amplifier using a pole device.
The cathode electrode 2 of the triode device 14 is grounded,
The anode bias voltage 16 (V AK) And load resistance 15
(RL) Are connected in series. Gate electrode 4
Ias current IiAnd small signal current iiInput current with
17 (Ii+ Ii) Is input to both ends of the load resistor 15.
The output voltage shown by the equation appears. That is, Vo + vo = −α · RL・ (Ii+ Ii) = − Α · RL・ Ii−α ・ RL・ Ii ... Therefore, the small signal current iiIs -α
RLA double amplified output voltage vo is obtained. like this
The same characteristics can be obtained in a horizontal triode device as well.

【0048】また三極装置はゲート電圧のオン/オフに
よりアノード電流のスイッチング動作を行うことも可能
である。このような特性をもつ三極装置はオーディオの
パワー増幅器やブラシレスモークの駆動回路などに使用
される。
The three-electrode device can also perform an anode current switching operation by turning on / off a gate voltage. Triode devices having such characteristics are used for audio power amplifiers, brushless smoke drive circuits, and the like.

【0049】なお、三極真空装置のアノード電極9の材
料として銅(Cu)などのX線を発生する材料を用い、
電界電子放出素子から放出される電子で励起することに
よって、このような三極装置からX線発生装置をつくる
ことができる。このX線発生装置はX線源を数10μm
以下と微細にできるため、微小ビームのX線源が実現で
きる。 <実施例7>本実施例では電界電子放出素子を用いた発
光型表示装置について述べる。発光型表示装置は電界電
子放出素子群と蛍光層とからなる画素をマトリクス状に
配列し、所望の表示パターンになるように選択された各
画素において、蛍光層を電界電子放出素子からの電子で
励起発光させパターン表示させるものである。
A material for generating X-rays such as copper (Cu) is used as a material for the anode electrode 9 of the triode vacuum device.
By exciting with electrons emitted from the field emission device, an X-ray generator can be made from such a triode device. This X-ray generator uses an X-ray source of several tens of μm.
Since it can be made as fine as the following, an X-ray source of a minute beam can be realized. <Embodiment 7> In this embodiment, a light emitting display device using a field emission device will be described. In a light-emitting display device, pixels composed of a field electron emitting element group and a fluorescent layer are arranged in a matrix, and in each pixel selected to have a desired display pattern, the fluorescent layer is exposed to electrons from the field electron emitting element. A pattern is displayed by excitation light emission.

【0050】図15は単純マトリクス型発光表示装置の
概略斜視図である。本装置は複数のストライプ状のカソ
ード配線2bと、それに概ね直交する複数のストライプ
状のゲート配線4cと、これらの交叉する領域に設けた
複数の電界電子放出素子群とを表面に有する平面基板1
と、これに対向して配置され、ほぼ全面にアノード電極
9と蛍光層18が積層された対向基板10と、これらの
基板間に保持された真空層12とが主たる構成である。
各画素は各電界電子放出素子群とそれに対向した蛍光層
領域で構成される。すなわちm×n番地の画素は第n番
目のカソード配線と第m番目のゲート配線の交叉領域p
qrs内に設けられた電界電子放出素子群と、それに対
応する対向基板10の蛍光層領域p’q’r’s’で構
成される。平面基板1はp型Si単結晶基板、カソード
配線2bは平面基板1に形成されたn型Si層よりな
る。またカソード電極2は交叉領域のカソード配線2b
の表面に同じn型Si層でつくられる。カソード電極
2、絶縁層3、ゲート電極開口4aなどの製造方法は実
施例3とほぼ同様である。対向基板10は透明なガラス
基板で、アノード電極9はITOなどの透明導電層で構
成されており、蛍光層18の発光はこれらを透過して対
向基板10の方向より認識される。
FIG. 15 is a schematic perspective view of a simple matrix type light emitting display device. This device has a flat substrate 1 having a plurality of stripe-shaped cathode wirings 2b, a plurality of stripe-shaped gate wirings 4c substantially orthogonal to the cathode wirings 2b, and a plurality of field-emission element groups provided in a region where these are crossed.
The main configuration is a counter substrate 10 which is disposed to oppose this and has an anode electrode 9 and a fluorescent layer 18 laminated on almost the entire surface, and a vacuum layer 12 held between these substrates.
Each pixel is composed of a field emission device group and a fluorescent layer region facing the field emission device group. That is, the pixel at address m × n is located at the intersection p of the n-th cathode wiring and the m-th gate wiring.
It is composed of a group of field emission devices provided in qrs and a corresponding phosphor layer region p′q′r ′s ′ of the opposing substrate 10. The flat substrate 1 is made of a p-type Si single crystal substrate, and the cathode wiring 2b is made of an n-type Si layer formed on the flat substrate 1. The cathode electrode 2 is connected to the cathode wiring 2b in the cross region.
Is made of the same n-type Si layer on the surface. The manufacturing method of the cathode electrode 2, the insulating layer 3, the gate electrode opening 4a, and the like is almost the same as in the third embodiment. The opposing substrate 10 is a transparent glass substrate, and the anode electrode 9 is formed of a transparent conductive layer such as ITO. Light emitted from the fluorescent layer 18 is transmitted through these and is recognized from the direction of the opposing substrate 10.

【0051】この単純マトリクス型発光表示装置はカソ
ード配線2b(またはゲート配線4c)をセグメント線
とし、ゲート配線4c(カソード配線2b)をコモン線
としたマルチプレックス駆動法によって動作される。こ
のときp型Si単結晶基板の電位に対してn型Si層す
なわちカソード配線2bの電位が負になることのないよ
うに駆動電圧・波形を設定することが重要である。
This simple matrix type light-emitting display device is operated by a multiplex driving method using the cathode wiring 2b (or gate wiring 4c) as a segment line and the gate wiring 4c (cathode wiring 2b) as a common line. At this time, it is important to set the drive voltage and waveform so that the potential of the n-type Si layer, that is, the potential of the cathode wiring 2b does not become negative with respect to the potential of the p-type Si single crystal substrate.

【0052】図16はアクティブマトリクス型発光表示
装置の部分的な概略斜視図、図17は本装置の部分的な
概略回路図である。これは薄膜トランジスタ(Thin
Film Transistor:TFT)を各画素
毎に設け、選択された画素のゲート電極にTFTを通し
て電圧を印加し表示動作を行うものである。本装置は透
明な平面基板1の表面に格子状に形成されたTFTゲー
ト線20およびTFTソース線21と、これらの交点付
近に形成されマトリクス状に配列されたTFT19およ
び電界電子放出素子群と、真空層12を挟んで概ね平行
に置かれた対向基板10の表面に積層されたアノード電
極9および蛍光層18とを主な構成要素とする。電界電
子放出素子群は実施例4と同様に製造したもので、シリ
コン薄膜1cを共通のカソード配線とする。TFTのド
レイン端子はゲート電極4に、ゲート端子はTFTゲー
ト線20に、そしてソース端子はTFTソース線21に
それぞれ接続される。TFTとして多結晶シリコンTF
T、非晶質シリコンTFT、あるいはCdSeTFTな
どが利用できる。本装置の駆動方法は以下のようであ
る。すなわち、各TFTソース線21にデータ電圧を印
加しておき、選択するTFTゲート線20(走査線)に
TFTをonする選択電圧を印加すると、それに沿った
TFTがon状態となり、TFTのチャネルを通してデ
ータ電圧が各画素のゲート電極4に印加される。このデ
ータ電圧により蛍光層18が所望の発光輝度を呈する電
子が各電界電子放出素子群より放出され画素の表示がな
される。この表示動作を各走査線毎に順次行うことによ
り画面の表示が行われる。
FIG. 16 is a partial schematic perspective view of an active matrix type light emitting display device, and FIG. 17 is a partial schematic circuit diagram of the present device. This is a thin film transistor (Thin
A film transistor (TFT) is provided for each pixel, and a display operation is performed by applying a voltage to the gate electrode of the selected pixel through the TFT. This device comprises a TFT gate line 20 and a TFT source line 21 formed in a lattice on the surface of a transparent flat substrate 1, a TFT 19 and a field emission element group formed in the vicinity of the intersection thereof and arranged in a matrix, The main components are the anode electrode 9 and the fluorescent layer 18 which are stacked on the surface of the counter substrate 10 placed substantially in parallel with the vacuum layer 12 interposed therebetween. The field electron emission element group was manufactured in the same manner as in Example 4, and the silicon thin film 1c was used as a common cathode wiring. The drain terminal of the TFT is connected to the gate electrode 4, the gate terminal is connected to the TFT gate line 20, and the source terminal is connected to the TFT source line 21, respectively. Polycrystalline silicon TF as TFT
T, amorphous silicon TFT, CdSe TFT, or the like can be used. The driving method of this device is as follows. That is, when a data voltage is applied to each TFT source line 21 and a selection voltage for turning on the TFT is applied to the selected TFT gate line 20 (scanning line), the TFT along the TFT is turned on, and the TFT is turned on through the TFT channel. A data voltage is applied to the gate electrode 4 of each pixel. The data voltage causes the fluorescent layer 18 to emit electrons having a desired emission luminance from each group of field emission devices, thereby displaying a pixel. The screen is displayed by sequentially performing this display operation for each scanning line.

【0053】なお、蛍光層18として各画素毎に赤
(R)、緑(G)、青(B)を呈する蛍光体を配列する
と、マルチカラーもしくはフルカラーの発光型表示装置
を実現できる。また、蛍光層18の発光を対向基板10
の方向より認識することもできるが、平面基板1は透明
であり平面基板1で使われる電極、配線を細線化もしく
は透明化することにより平面基板1の方向より認識する
ことも容易である。本実施例にて述べたモノクロもしく
はカラー対応の発光型表示装置は、その低消費電力と薄
型という特長を生かして、平坦型の璧掛けテレビジョン
や軽量な携帯型テレビジョン、ラップトップコンピュー
タやバームトップコンピュータなどの携帯型情報機器の
端末表示装置、形態用VTRの電子式ビューファイン
ダ、投射型表示装置の映像光源などへの適用性に優れて
いる。また、7セグメントのキャラクタ表示装置や特殊
小型表示装置を構成して、英数字表示器、腕時計用時刻
表示器、ゲーム機用表示装置に利用される。 <実施例8>本実施例では電界電子放出素子を用いた光
プリンタヘッド装置について述べる。
By arranging phosphors exhibiting red (R), green (G), and blue (B) for each pixel as the fluorescent layer 18, a multi-color or full-color light-emitting display device can be realized. Further, the light emission of the fluorescent layer 18 is
However, the flat substrate 1 is transparent and the electrodes and wirings used in the flat substrate 1 can be easily recognized from the direction of the flat substrate 1 by thinning or making the wiring transparent. The light-emitting display device for monochrome or color described in this embodiment is characterized by its low power consumption and thinness, and is designed to be a flat-type wall-mounted television, a lightweight portable television, a laptop computer, and a balm. It is excellently applicable to a terminal display device of a portable information device such as a top computer, an electronic viewfinder of a form VTR, and a video light source of a projection display device. Further, it constitutes a 7-segment character display device or a special small display device, and is used for an alphanumeric display, a time display for a wristwatch, and a display for a game machine. <Embodiment 8> In this embodiment, an optical printer head device using a field emission device will be described.

【0054】図18(a)および(b)は単色の光プリ
ンタヘッド装置の概略平面図およびJ−J’線に沿った
概略断面図である。本装置は電界電子放出素子群と蛍光
層よりなる画素を一列に配列し、それぞれのゲート電極
4あるいはアノード電極9に印加する電圧によって任意
の画素を発光させるものである。この光プリンタヘッド
装置は蛍光層に三種類の異なった蛍光体材料を配列する
ことによって、RG3の三色光源とすることも容易であ
る。データ信号によるそれぞれの画素の発光状態の制御
は、平面基板1に一体化してつくられたSiLSI回路
もしくはTFT回路、あるいはCOG技術などによって
ハイブリッドに形成された個別LSIチップなどによっ
て行われる。モノクロ型もしくはカラー型はゼログラフ
イー方式光プリンタや銀塩写真方式、光感応型色素方式
などのカラー光プリンタのライン型光源として利用され
る。
FIGS. 18A and 18B are a schematic plan view and a schematic sectional view taken along line JJ 'of the monochromatic optical printer head device. In this device, pixels composed of a field electron emission element group and a fluorescent layer are arranged in a line, and an arbitrary pixel emits light by a voltage applied to each gate electrode 4 or anode electrode 9. This optical printer head device can easily be used as a three-color light source of RG3 by arranging three kinds of different fluorescent materials in the fluorescent layer. The control of the light emission state of each pixel by the data signal is performed by a Si LSI circuit or a TFT circuit integrally formed on the flat substrate 1 or an individual LSI chip formed hybrid by COG technology or the like. The monochrome type or the color type is used as a line type light source of a color optical printer such as a xerographic type optical printer, a silver halide photographic type, and a photosensitive dye type.

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明の電界電子放出素子およびその製
造方法は以下に列記するような発明の効果を有する。 カソード電極とゲート電極は自己整合して形成され、
しかも突起形状やサイズひいては電気特性の均一性がよ
い。 ガラス基板、半導体基板、あるいは導電性基板など多
種類の基板を用いて平面基板として利用できるものであ
るため、デバイスの自由度が大きい。 絶縁層の品質が高く、絶縁耐圧などの電気特性に優
れ、電界電子放出素子で構成した高耐圧・パワー装置に
信頼性が高い。 半導体のVLSI技術に整合し適合した製造方法であ
るため、同一基板上に駆動回路などが同時に形成され、
デバイスの複合化・高機能化が容易でインテリジェント
デバイスの構成に適する。
The field emission device of the present invention and the method of manufacturing the same have the effects of the invention as listed below. The cathode electrode and the gate electrode are formed in a self-aligned manner,
In addition, the uniformity of the shape and size of the protrusions and the electrical characteristics are good. Since various types of substrates such as a glass substrate, a semiconductor substrate, and a conductive substrate can be used as a planar substrate, the degree of freedom of the device is large. The quality of the insulating layer is high, the electrical characteristics such as the withstand voltage are excellent, and the high withstand voltage / power device composed of the field emission device is highly reliable. Since the manufacturing method is compatible with and compatible with semiconductor VLSI technology, drive circuits and the like are simultaneously formed on the same substrate,
It is easy to combine and enhance the functionality of the device, and is suitable for the configuration of intelligent devices.

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

【図1】(a)および(b)は実施例1を説明するため
のもので、Si単結晶基板の黙酸化法によってつくられ
る電界電子放出素子の概略平面図およびA−A’線に沿
った概略断面図である。
FIGS. 1 (a) and 1 (b) are views for explaining Example 1, and are a schematic plan view of a field-emission device made by anodization of a Si single crystal substrate and taken along line AA ′. FIG.

【図2】(a)乃至(e)は図1に示した電界電子放出
素子の製造方法を説明するためのもので、各主要工程終
了後における平面基板の概略断面図である。
FIGS. 2A to 2E are schematic cross-sectional views of a flat substrate after each main process, for explaining a method of manufacturing the field emission device shown in FIG.

【図3】従来のスピント型電界電子放出素子の概略断面
図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a conventional Spindt-type field emission device.

【図4】(a)乃至(d)は逆テーパ形状を有する拡散
マスクを利用した電界電子放出素子の製造方法の各主要
工程終了後における平面基板の槻略断面図である。
FIGS. 4A to 4D are schematic cross-sectional views of a flat substrate after each main step of a method for manufacturing a field emission device using a diffusion mask having a reverse taper shape.

【図5】(a)および(b)は多層膜よりなる二種類の
拡散マスクの概略断面図である。
FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views of two types of diffusion masks composed of a multilayer film.

【図6】(a)乃至(e)はカソード電極をより高くし
た電界電子放出素子の製造方法の名主要工程終了後にお
ける平面基板の概略断面図である。
FIGS. 6A to 6E are schematic cross-sectional views of a flat substrate after a main step of a method of manufacturing a field emission device having a higher cathode electrode.

【図7】(a)および(b)は実施例3の電界電子放出
素子の概略平面図およびD−D’線に沿った概略断面図
である。
FIGS. 7A and 7B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view taken along line DD ′ of a field emission device of Example 3. FIGS.

【図8】は絶縁性基板をもつ電界電子放出素子の概略断
面図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view of a field emission device having an insulating substrate.

【図9】(a)乃至(c)は実施例5の第六工程前後に
おける平面基板の概略断面図である。
FIGS. 9A to 9C are schematic cross-sectional views of a flat substrate before and after a sixth step in Example 5. FIGS.

【図10】はカソード電極の突起先端にBa薄膜を形成
した電界電子放出素子の概略断面図である。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a field emission device in which a Ba thin film is formed on the tip of a projection of a cathode electrode.

【図11】(a)および(b)は縦型三極装置の概略平
面図およびG−G’線に沿った概略断面図である。
FIGS. 11A and 11B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view taken along line GG ′ of a vertical triode device.

【図12】(a)および(b)は横型三極装置の槻略平
面図およびH−H’線に沿った概略断面図である。
12A and 12B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view taken along line HH ′ of a horizontal triode device.

【図13】縦型三極装置の電圧・電流(V−I)静特性
を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing static voltage / current (VI) characteristics of a vertical triode.

【図14】縦型三極装置を用いてリニア増幅器を構成し
た回路図である。
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a configuration of a linear amplifier using a vertical triode device.

【図15】単純マトリクス型発光表示装置の概略斜視図
である。
FIG. 15 is a schematic perspective view of a simple matrix light emitting display device.

【図16】アクティブマトリクス型発光表示装置の部分
的な概略斜視図である。
FIG. 16 is a partial schematic perspective view of an active matrix light emitting display device.

【図17】本装置の部分的な概略回路図である。FIG. 17 is a partial schematic circuit diagram of the present apparatus.

【図18】(a)および(b)は単色の光プリンタヘッ
ド装置の概略平面図およびJ−J’線に沿った概略断面
図である。
FIGS. 18A and 18B are a schematic plan view and a schematic sectional view taken along line JJ ′ of a monochromatic optical printer head device.

【符号の説明】 1…平面基板 1a…台座 1b…石英基板 1c…Si薄膜 1d…カソード端子 2…カソード電極 2a…突起先端 2b…カソード配線 3…絶縁層 3a…絶縁層開口 4…ゲート電極 4a…ゲート電極開口 4b…ゲート端子 4c…ゲート配線DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Planar substrate 1a ... Pedestal 1b ... Quartz substrate 1c ... Si thin film 1d ... Cathode terminal 2 ... Cathode electrode 2a ... Protrusion tip 2b ... Cathode wiring 3 ... Insulating layer 3a ... Insulating layer opening 4 ... Gate electrode 4a ... Gate electrode opening 4b ... Gate terminal 4c ... Gate wiring

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────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年3月1日(2000.3.1)[Submission date] March 1, 2000 (200.3.1)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0005[Correction target item name] 0005

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
技術の電界電子放出素子においては、電界電子放出素子
の素子構造については具体化されたものの、発光型表示
装置においてマトリクス状に画素を設ける構造の電界電
子放出素子を実現することができないでいた。
However, in the above-mentioned prior art field emission device, although the device structure of the field emission device has been embodied, pixels are arranged in a matrix in a light emitting display device. Cannot be realized.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0006[Correction target item name] 0006

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0006】そこで本発明の目的とするところは、画素
をマトリクス状に配置する発光型表示装置に用いること
のできる電界電子放出素子を提供するところにある。
It is an object of the present invention to provide a field emission device which can be used in a light emitting display device in which pixels are arranged in a matrix.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0007[Correction target item name] 0007

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の電界電子放出素
子は、ストライプ状に形成された複数のカソード配線
と、前記複数のカソード電極と交差するように前記カソ
ード配線の上方にストライプ状に形成された複数のゲー
ト配線と、前記カソード配線と前記ゲート配線の各交差
領域に設けられた電界電子放出素子群とを有する電界電
子放出素子であって、前記電界電子放出素子群は、複数
のカソード電極と、前記ゲート配線において前記カソー
ド電極の近傍に設けられた開口群と有することを特徴と
する。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a field emission device having a plurality of cathode wires formed in a stripe shape and a stripe shape formed above the cathode wires so as to intersect with the plurality of cathode electrodes. A plurality of gate wirings, and a field emission group provided at each intersection region of the cathode wiring and the gate wiring, wherein the field emission group comprises a plurality of cathodes. An electrode, and an opening group provided in the gate wiring near the cathode electrode.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0049[Correction target item name] 0049

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0049】なお、三極真空装置のアノード電極9の材
料として銅(Cu)などのX線を発生する材料を用い、
電界電子放出素子から放出される電子で励起することに
よって、このような三極装置からX線発生装置をつくる
ことができる。このX線発生装置はX線源を数10μm
以下と微細にできるため、微小ビームのX線源が実現で
きる。 <実施例7>本実施例は本発明の請求項に係る電界電子
放出素子を説明するものである。本実施例では発光型表
示装置に用いる電界電子放出素子について述べる。発光
型表示装置は電界電子放出素子群と蛍光層とからなる画
素をマトリクス状に配列し、所望の表示パターンになる
ように選択された各画素において、蛍光層を電界電子放
出素子からの電子で励起発光させパターン表示させるも
のである。
A material for generating X-rays such as copper (Cu) is used as a material for the anode electrode 9 of the triode vacuum device.
By exciting with electrons emitted from the field emission device, an X-ray generator can be made from such a triode device. This X-ray generator uses an X-ray source of several tens of μm.
Since it can be made as fine as the following, an X-ray source of a minute beam can be realized. <Embodiment 7> This embodiment describes a field emission device according to the present invention. In this embodiment, a field emission device used for a light-emitting display device will be described. In a light-emitting display device, pixels composed of a field electron emitting element group and a fluorescent layer are arranged in a matrix, and in each pixel selected to have a desired display pattern, the fluorescent layer is exposed to electrons from the field electron emitting element. A pattern is displayed by excitation light emission.

【手続補正6】[Procedure amendment 6]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0055[Correction target item name] 0055

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0055】[0055]

【発明の効果】本発明の電界電子放出素子は、マトリク
ス状に電界電子放出素子群を配置することにより構成さ
れた画素における電界電子の放出を、格子状に配置され
るカソード配線とゲート配線や、格子状に配置されるゲ
ート線とソース線によって制御できるので、各画素毎の
発光を液晶パネルのように制御することができ、高精細
な画像を表示させることが可能となる。
According to the field emission device of the present invention, emission of field electrons in a pixel formed by arranging a group of field emission devices in a matrix is performed by using a cathode wiring and a gate wiring arranged in a grid. In addition, since control can be performed by gate lines and source lines arranged in a lattice, light emission of each pixel can be controlled like a liquid crystal panel, and a high-definition image can be displayed.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01J 29/04 H01J 29/04 29/96 29/96 31/12 31/12 C ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) H01J 29/04 H01J 29/04 29/96 29/96 31/12 31/12 C

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ストライプ状に形成された複数のカソー
ド配線と、前記カソード配線の表面に形成された複数の
カソード電極と、前記カソード電極の近傍にて開口を有
し前記カソード配線と概ね直交するようにストライプ状
に形成された複数のゲート配線とを有することを特徴と
する電界電子放出素子。
1. A plurality of cathode wirings formed in a stripe shape, a plurality of cathode electrodes formed on the surface of the cathode wiring, and an opening near the cathode electrode and substantially orthogonal to the cathode wiring. A plurality of gate wirings formed in a stripe pattern as described above.
【請求項2】 格子状に配置されるゲート線及びソース
線と、前記ゲート線及び前記ソース線の交点に応じて配
置され且つ各画素毎に設けられるトランジスタと、前記
各画素毎に設けられる電界電子放出素子とを有し、前記
トランジスタを制御することにより各画素の前記電界電
子放出素子の電子の放出を制御することを特徴とする電
界電子放出素子。
2. A gate line and a source line which are arranged in a lattice, a transistor which is arranged according to an intersection of the gate line and the source line, and which is provided for each pixel, and an electric field which is provided for each pixel. A field emission device comprising: an electron emission device; and controlling electron emission of the field emission device of each pixel by controlling the transistor.
【請求項3】 前記電界電子放出素子は、カソード電極
と、前記カソード電極の近傍にて開口を有するゲート電
極とを有し、前記トランジスタに前記ゲート電極が接続
されることを特徴とする請求項3記載の電界電子放出素
子。
3. The device according to claim 1, wherein the field emission device has a cathode electrode and a gate electrode having an opening near the cathode electrode, and the gate electrode is connected to the transistor. 3. The field emission device according to item 3.
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