JP2000506224A - 材料、特に電子放出デバイスにおける過剰なエミッタ材料の電気化学的除去方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電気化学的技術を用いて、部分的に加工された構造から、ある材料の除去を行うが、除去される材料と化学的な型が同じである他の材料に対して著しい化学的な作用を及ぼさずに除去を行う。部分的に加工された構造物は、少なくとも部分的に第１材料からなる第１非絶縁性層（５２Ｃ）を有するが、前記第１材料は通常、エミッタ材料の被着時に堆積して、電気的に絶縁な層（４４）の上の電子エミッタにおける電子放出素子（５２Ａ）を形成する。少なくとも部分的に第１材料からなる、例えば電子放出素子のような非絶縁性部は、絶縁性層を通して延在する開口部（５０）内に、少なくとも部分的に入った形態で配設される。このように編成された部分的に加工された構造物に対して、前記第１非絶縁性層の少なくとも一部分が、前記非絶縁性部が露出されるように、かつ第１材料を著しく損なうことなく電気化学的に除去される。

Description

【発明の詳細な説明】 材料、特に電子放出デバイスにおける過剰な エミッタ材料の電気化学的除去方法利用分野 本発明は部分的に仕上げられた構造物、特にその構造物がフラットパネル型Ｃ ＲＴディスプレイのような製品に適したものである一般にカソードと称される電 子放出装置であるときに、材料の不必要な部分を除去する加工を、同じ型の材料 の所望の部分を除去することなく行う技術に関するものである。背景技術 面積型電界放出カソード（又は電界エミッタ）は、十分な強度の電界を受けた ときに電子を放出する電子放出素子の群を含む。この電子放出素子は、通常パタ ーンニングされたエミッタ電極層の上に配設されている。ゲート型電界エミッタ においては、通常パターンニングされたゲート層が、エミッタ層の電子放出素子 の上の位置に設けられる。各電子放出素子は、ゲート層における開口部を通して 露出されている。ゲート層の選択された部分とエミッタ層の選択された部分との 間に適切な電圧が印加されると、ゲート層は電子放出素子の二つの選択された部 分の交点から電子を引き出す。 フラットパネルＣＲＴディスプレイ用のゲート型電界エミッタにおける電子放 出素子は、円錐形に形成されているものが多い。従来技術に於て、円錐形の電子 放出素子を形成するための様々な方法が研究されてきた。ここで図面を参照する と、第１Ａ図〜第１Ｄ図（集合的に第１図）には、例えば、Ｓｐｉｎｄｔらに賦 与された米国特許第３，７５５，７０４号に開示されている従来技術の一つが示 されている。 第１Ａ図に示す段階では、部分的に加工された電界エミッタが、絶縁 性基板２０，エミッタ電極層２２，中間誘電体層２４，及びゲート層２６から成 る。ゲート開口部２８は、ゲート層２６を通して延在している。これに対応して 、いくらか大きい誘電体開口部３０が、誘電体層２４を通して下向きにエミッタ 層２２に達するまで延在している。 リフトオフ層３２は、ゲート層２６の上側表面に対して概ね垂直な軸の周りに リフトオフ材料源に対して構造を回転させながら、ゲート層２６の上側表面をか すめて通る角度で適切なリフトオフ材料を被着させることによって、ゲート層２ ６の上に形成される。リフトオフ材料の僅かな部分がゲート開口部２８に沿った ゲート層２６のサイドエッジ上に堆積する。これにより、エミッタ層２２を露出 するアパーチャの直径が小さくなる。 通常はモリブデンであるエミッタ材料は、エミッタ材料が開口部３２に入る際 に通過するアパーチャが次第に閉じるように、構造の上部に被着され誘電体開口 部３０の中に被着される。米国特許第３，７５５，７０４号には、モリブデン− アルミナ複合材料の同時並行被着について記載されており、ここでは、ゲート層 ２６の上側表面をかすめて通る角度で被着が行われ、これがエミッタ材料が開口 部３０に入る際に通過するアパーチャを閉じる助けとなる。概ね円錐形の電子放 出素子Ａは、このようにしてエミッタ層２２の上の複合開口部２８／３０内に形 成される。第１Ｃ図を参照されたい。エミッタ／クロージャ材料の連続層３４Ｂ は、ゲート層２６の上部を成す。リフトオフ層３２は、続いて除去され、過剰な エミッタ／クロージャ材料層３４Ｂを剥離する。第１Ｂ図に示すのはこの加工の 結果得られた構造である。 過剰なエミッタ／クロージャ材料層３４Ｂを除去するためにリフトオフ層３２ を使用することは、様々な理由で不利益である。ゲート層２６のエッジに沿った リフトオフ材料の部分の存在により、電子放出素子３ ４Ａを小さく形成することが困難になり得る。また、リフトオフ層３２の形成時 と同様に、本体部の上側表面に対して概ね垂直な軸の周りに本体部を被着源に対 して回転させつつ、本体部をかすめて通る向きに被着を行うことは、本体部の横 方向の面積が大きくなるにつれますます困難となる。この結果、リフトオフ層３ ２を使用することは、電界エミッタの横方向の面積を拡大するための障害となる 。 リフトオフ材料の被着は、リフトオフ材料がエミッタ層２２の上に蓄積して、 過剰な層３４Ｂの剥離の間に円錐形の部分であるコーン３４Ａが剥離しないよう にするべく注意深く行わなければならない。層３４Ｂが、除去するリフトオフ層 ３２の人為構造物として除去されるので、除去されたエミッタ材料の粒子が、電 界エミッタを汚染してしまうことがあり得る。さらに、リフトオフ材料の被着に 時間がかかり、コストが高くなる。従って円錐形電子放出素子を備えたゲート型 電界エミッタの製造においては、リフトオフ層を使用することなく過剰なエミッ タ材料を含む層を除去するための技術が必要となる。発明の概要の開示 本発明は、上述のような技術をその範囲に含む。本発明においては、構造から ある材料の除去を行うが、除去される材料と化学的な型が同じである他の材料に 対して著しい化学的作用を及ぼしたり除去したりすることなく除去を行うために 電気化学的技術を用いる。 本発明による材料の電気化学的除去方法では、リフトオフ層を使用する必要は ない。通常プロセシングステップの数は少なくなり、これによって製造にかかる 時間とコストが節約できる。本発明の電気化学的技術を用いて、電子放出素子を 形成するために、ゲート層における開口層を通してのエミッタ材料の被着時に電 子エミッタのゲート層に蓄積するエミッタ材料の除去を行う場合、リフトオフ層 の使用に伴って発生し得る エミッタ材料の粒子による汚染の問題が回避される。 本発明によって、電子放出素子のサイズを縮小したり電子エミッタの横方向の 面積を拡大するときにリフトオフ層を使用した場合に生ずる問題を回避できる。 リフトオフ層の使用のために電子放出素子が剥離してしまう可能性は、本発明に おいては回避される。従って、本発明の電気化学的除去技術により、効率的且つ 経済的に電子放出素子を製造することが可能となる。 本発明の電気化学的除去の手順では、第１ステップとして、少なくとも部分的 に第１の材料から成る第１の電気的に非絶縁性の層が、電気的に絶縁性の層の上 層を成している構造から開始される。以下の「非絶縁性」なる用語は、導電性あ るいは電気的に抵抗性であることを意味する。第１非絶縁性層は、例えば電子エ ミッタにおける電子放出素子の形成のためにエミッタ材料の被着を行う間に堆積 する過剰なエミッタ材料を含む層であり得る。 開口部は絶縁性層を貫通して延在する。少なくとも部分的に第１の材料からな る非絶縁性部、例えば電子放出素子は、少なくとも部分的に開口部の中に入った 形態で設けられている。このように編成された所与の構造において、非絶縁性部 が露出されるように、第１非絶縁性層の第１材料の少なくとも一部分が、非絶縁 部の第１材料には著しい化学的作用を及ぼすことなく電気化学的に除去される。 電気化学的除去操作は、通常、構造物が入れられる電解液をその中に含む電気 化学セルを用いて実行される。電気化学セルの操作は、作用電極導線及び第１対 電極導線を備えた制御システムによって調節される。作用電極導線は、第１非絶 縁性層に電気的に接続される。第１対電極は、非絶縁性部に電気的に接続される 。制御システムは、通常、始めの構造から分離された電解液の中に少なくとも部 分的に入れられた対電極に電 気的に接続された第２対電極導線も有する。第２対電極導線及び対電極は、第１ 対電極導線に対して一定の電位、一般的にはゼロに維持される。 始めの構造物は、通常第２非電気的非絶縁性層、例えばゲート層を有し、これ は第１非絶縁性層と絶縁性層との間に配設される。絶縁性層を貫通している開口 部に連続した開口部が、第２非絶縁性層を貫通して延在している。非絶縁性部は 、第２非絶縁性層からも離隔されている。この構造が第２非絶縁性層を含むとき 、電気化学的除去過程は、除去ステップの間に、第２非絶縁性層が実質的に化学 的作用を受けない形で実施される。また、第１対電極導線は、通常、絶縁性層の 下に設けられた下側非絶縁性領域、例えば下側エミッタ領域により非絶縁性層に 接続される。 詳述すると、本発明の電気化学的除去技術を、ゲート型電子エミッタの製造に おいて使用する場合には、始めに、非絶縁性ゲート層が、下側電気的非絶縁性エ ミッタ領域の上に設けられた絶縁性層の上層を成している構造が提供される。多 数の複合開口部は、ゲート及び絶縁性層を貫通する形で設けられ、下側エミッタ 領域に達している。この開口部に対応する多数の電子放出素子は少なくとも部分 的に非絶縁性エミッタ材料から成り、それぞれ複合開口部に配設されている。各 電子放出素子は、下側エミッタ領域に電気的に接続されているが、ゲート層から は離隔されている。 少なくとも部分的に主たるエミッタ材料から成る過剰層は、ゲート層の上層を 成し、それに電気的に接続されている。ゲート層の場合と同様に、エミッタ材料 の過剰層は、各電子放出素子から離隔されている。エミッタ材料からなる過剰層 は、電子放出素子を形成するための、複合式開口部への主たるエミッタ材料の被 着処理の副産物として形成される。 本発明の電気化学的除去手順を用いて、電子放出素子の主たるエミッ タ材料に著しい化学的作用を与えず、且つゲート層に実質的に化学的作用を及ぼ さずにエミッタ材料の過剰層の少なくとも一部分、通常は全てを除去する。特に 、電子放出素子の主たるエミッタ材料に化学作用を及ぼさないという本発明の電 気化学的技術の選択性は、ゲート層に作用を及ぼさないような選択性より著しく 高いものである。 好適実施例では、主たるエミッタ材料は、主としてモリブデンから成り、ゲー ト層は、クロムかニッケル、またはその両方からなる。作用電極は、規定水素電 極を基準にして０．４〜１．０ボルトの範囲の概ね一定の駆動電位に維持される 。この電解液は、０．００５〜０．５モルの金属水酸化物及び０．０５〜３．０ モルの金属硝酸塩を含む。水酸化物及び硝酸塩の両方に対して用いられる金属は 、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、及びセシウムの内の１又は２ 以上である。この材料及びパラメータの選択は、フラットパネル型ＣＲＴディス プレイの大面積型電子エミッタの製造に特に適するものである。図面の簡単な説明 第１ａ図〜第１ｄ図は、電子エミッタにおける電子放出素子を生成するための 従来のプロセスにおける各工程における構造の断面図である。 第２ａ図〜第２ｃ図は、ゲート式電界エミッタにおける円錐型電子放出素子を 形成するための、本発明の電気化学的技術に基づいたプロセスにおける各工程の 構造の断面図である。 第３図は、第２図の手順において使用されるポテンシオスタット式電気化学セ ルの模式的な断面図である。 第４図は、第３図に示す型のポテンシオスタット式電気化学セルにおいて、あ る金属を電気化学的に除去するためのセル電流を、駆動電圧の関数として示した グラフである。 第５ａ図〜第５ｄ図は、第２図のプロセスシーケンスの実施例の各ス テップにおける構造の断面図である。 第６ａ図及び第６ｂ図は、第５ｃ図及び第５ｄ図の各構造の配置図である。第 ５ｃ図の断面は、第６ａ図における面５ｃ−５ｃで切った断面である。第５ｄ図 の断面は、第６ｂ図における面５ｄ−５ｄで切った断面である。 第７図は、第２図のプロセスシーケンスの別実施形態に基づいて製造された構 造の断面図である。 第８図は、本発明により形成された電子放出素子を備えたゲート型電界エミッ タを含むフラットパネル型ＣＲＴディスプレイの構造の断面図である。 図面及び好適実施例の説明において、同一の或いは非常に類似したものについ ては同一の符号を付して示してある。好適実施例の説明 本発明では、電気化学的技術を用いて、ゲート式電界放出カソード用の電子放 出素子の形成に際して過剰なエミッタ材料を取り除く。このような電界エミッタ は、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータ、又はワークステーシ ョン用のフラットパネルビデオモニタやフラットパネル型テレビのようなフラッ トパネル装置のＣＲＴにおけるフェースプレート上の励起燐光体領域に適するも のである。 以下の説明において、「絶縁性」（又は「誘電性」）なる用語は、１０¹⁰Ω− ｃｍより大きい抵抗率を有する材料を意味する。「非絶縁性」なる用語は、抵抗 率が１０¹⁰Ω−ｃｍ以下の材料を意味する。非絶縁性の材料は、（ａ）抵抗率が １Ω−ｃｍ未満である導電性材料と、（ｂ）抵抗率が１〜１０¹⁰Ω−ｃｍの範囲 にある電気的に抵抗性の材料に分けられる。これらのカテゴリは、１Ｖ／μｍ以 下の電界強度において決定されるものである。 導電性材料（又は導電材）の例には、金属、金属−半導体化合物（例えば金属 ケイ化物）、及び金属−半導体共融混合物がある。導電性材料には、中或いは高 濃度にドーピングされた（ｎ型又はｐ型）半導体も含まれる。抵抗性材料には、 真性の及び低濃度でドーピングされた（ｎ型又はｐ型）半導体が含まれる。更に 、抵抗性材料の例には、（ａ）サーメット（金属粒子埋め込まれたセラミック） のような金属−絶縁体複合物、（ｂ）グラファイト、アモルファスカーボン、及 び変性（例えばドーピング又はレーザー変性）ダイヤモンドのような形態の炭素 、（ｃ）シリコン−炭素−窒素のようなシリコン−炭素化合物がある。 本発明の電気化学除去技術の実行において使用される電位の値は、便宜上、ｔ ｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａ ｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｓの標準水素電極のスケールに基づいて定義され る。この標準は、本明細書では規定水素電極（Normal Hydrogen Electrode）と 称する。 第２ａ図〜第２ｃ図（集合的に第２図）は、ゲート式電界エミッタ用の電子放 出素子の形成において過剰なエミッタ材料を取り除くために、本発明に基づく電 気化学技術がどのように利用されるかを示した図である。第２図の手順における 開始点は、通常セラミック又はガラスで形成された絶縁性基板４０である。第２ ａ図を参照されたい。基板４０は、フィールドエミッタに対する支持を与えるも のであり、板状に形成されている。フラットパネルＣＲＴディスプレイにおいて 、基板４０はバックプレートの少なくとも一部を構成する。 下側非絶縁性エミッタ電極領域４２は、基板４０の上に設けられる。後に説明 するように、下側非絶縁性領域４２は、通常下側導電性層及び上側抵抗性層と共 に形成される。下側導電性層は、ニッケル又はアルミニウムのような金属からな る。上側抵抗性層は、サーメット又はシリコ ン−炭素−窒素化合物で形成される。 下側非絶縁性領域４２は、様々な方法で形成され得る。非絶縁性領域４２の少 なくとも一部分は、通常列電極とも称される概ね平行なエミッタ電極ラインの群 にパターニングされる。非絶縁性領域４２がこのように形成される場合、最終的 な電界放出カソードは、フラットパネル型ＣＲＴディスプレイにおける発光燐光 体素子用として特に適切なものとなる。それでもなお、非絶縁性領域４２を別の パターンに編成したり、パターニングしないことすら可能である。 概ね同種の電気的に絶縁性の層４４は、エミッタ／ゲート電極間誘電体として の役目を果たし、構造の上部に設けられる。絶縁性層４４の厚みは通常０．２〜 ３μｍの範囲である。詳述すると、層４４は、２００ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを 有し、典型的な厚みは３００ｎｍである。絶縁性層４４は通常酸化シリコン又は 窒化シリコンからなる。第２ａ図には示されていないが、絶縁性層４４の一部は 、下側非絶縁性領域４２の形状に応じて基板４０に接触し得る。 電気的に非絶縁性のゲート層４６は、選択されたゲート材料からなり、電極間 誘電体層４４の位置に配設されている。ゲート層４６は、通常３０〜５００ｎｍ の厚みを有し、詳述すると、３０〜５０ｎｍ、典型的には４０ｎｍの厚みを有す る。ゲート材料は、通常金属、好ましくはクロムかニッケル、或いはその両方で ある。ゲート材料の別の候補には、モリブデン、白金、ニオブ、タンタル、チタ ン、タングステン、及びチタン−タングステンがある。 ゲート層４６は、下側非絶縁性領域２２のエミッタ列電極に対して垂直な方向 に延びるゲートラインの群にパターニングされ得る。ゲートラインは列電極とし ての役目を果たす。ゲート層４６に成された適切なパターニングにより、電界エ ミッタは、層４６の一部に属し、行電極に対 して垂直に延在する分離された列電極を備える形にすることもできる。多数の概 ね円形の開口部４８は、ゲート層４６を通して延在する。ゲート開口部４８の直 径は、その開口部４８がどのように形成されたかに応じて変わってくるが、ゲー ト開口部の直径は、通常０．１〜２μｍの範囲である。詳述すると、ゲート開口 部の直径は１００〜４００ｎｍ、典型的には３００ｎｍである。 多数の概ね円形の誘電性開口部（又は誘電性開口空間）５０は、絶縁性層４４ を通して延在し、下側エミッタ領域４２に達している。各誘電性開口部５０は、 対応するゲート開口部４８の１つと垂直方向に位置合わせされており、下側非絶 縁性領域４２の一部を露出する複合開口部４８／５０を形成している。各誘電性 開口空間５０は、対応するゲート開口部４８より幾らか幅が広く形成されている 。この結果、絶縁性層４４は、複合開口部４８／５０に沿ってゲート層４６への アンダーカットを形成する。 層４４及び４６に複合開口部４８／５０を形成するために様々な技術を利用す ることができる。例えば、開口部４８／５０は、通常フォトレジストであるマス クにおけるアパーチャを通してゲート層４６をエッチングしゲート開口部４８を 形成して、次いで開口部４８を通して絶縁性層４４をエッチングし誘電性開口空 間５０を形成することにより、形成することができる。複合開口部４８／５０も 、ＭａｃａｕｌａｙらによるＰＣＴ特許出願ＷＯ９５／０７５４３に記載のエッ チングされた荷電粒子トラックを用いることにより形成され得る。 マイクロマシニング又は選択的エッチング技術で、上に引用した米国特許第３ ，７５５，７０４号に記載されている型の技術を用いて、複合開口部４８／５０ を形成することができる。異なる命名法及び異なる材料を仮定して、開口部４８ ／５０を、Ｓｐｉｎｄｔらによる“Ｒｅｓｅ ａｒｃｈ ｉｎ Ｍｉｃｒｏ−Ｓｉｚｅ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｕ ｂｅｓ” ＩＥＥＥ Ｃｏｎｆ． Ｒｅｃ． １９６６ Ｅｉｇｈｔｈ Ｃｏｎ ｆ． ｏｎ Ｔｕｂｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ，２０Ｓｅｐｔ． １９９６， ｐａｇｅｓ １４３−１４７に記載された球体ベースの手順（sphere-based pro cedure）に従って形成することができる。 非絶縁性エミッタコーン材料は、絶縁性層４４（又はゲート層４６）の上側表 面に対して概ね垂直な向きで、構造の上部に蒸着される。エミッタコーン材料は ゲート層４６上に堆積し、ゲート開口部４８を通過して誘電性開口空間５０内の 下側非絶縁性領域４２の上にも堆積する。ゲート層４６上へのコーン材料の体積 のために、コーン材料が開口空間５０に入るときに通過する開口部は次第に閉じ てしまう。蒸着はこれらの開口部が完全に閉じるまで行われる。この結果、コー ン材料は誘電性開口空間５０内に蓄積して、第２ｂ図に示すように対応する円錐 型電子放出素子５２Ａを形成する。コーン材料の連続層（ブランケット層）５２ Ｂは、ゲート層４６上に同時に形成される。 エミッタコーン材料は通常金属であり、ゲート層４６がクロム及び／又はニッ ケルからなる場合は好ましくはモリブデンである。コーン材料の他の候補には、 ニッケル、クロム、白金、ニオブ、タンタル、チタン、タングステン、チタン− タングステン、及び炭化チタンがあり、これらはコーン材料がゲート材料とは異 なるという条件の下で用いられる。 適当なフォトレジストマスク（図示せず）を用いて、部分的に加工された電界 放出構造の横方向の周辺部に沿った過剰なエミッタ材料層５２Ｂが除去される。 この結果、ゲート層４６の一部、即ちゲート層４６を形成するゲートラインの一 部又はゲート部分、及び／又はゲートライン又はゲートの一部に接触する分離さ れた列電極の一部（それが存在する 場合）が、電界エミッタの横方向の周辺部に沿って露出される。ゲートライン又 はゲートの一部分の選択された内部の部分及び／又は列電極も、通常マスクを用 いたエッチングの際に露出される。 ここで、第３図に模式的に示されているようなタイプのポテンシオスタット式 電気化学システムを用いて、第２ｂ図に示すようなエッチングされた構造に対し て電気化学的除去操作が行われる。第３図の符号５２Ｃで示されているものは、 前の段落に記載されているマスクを用いたエッチング処理の後、残った過剰なエ ミッタ材料層５２Ｂの一部である。電気化学的操作の際、過剰なエミッタ材料層 ５２Ｃは、円錐（コーン）型電子放出素子５２Ａに対して著しい化学的な作用を 及ぼすことなく、且つパターニングされたゲート層４６及び（存在する場合）分 離された列電極に対して化学的作用を及ぼすことなく除去される。 ゲート層４６及びオプションで設けられる分離された列電極の量の僅かな損失 は通常許容範囲であり得る。しかし、コーン５２Ａが比較的僅かな量除去されて も、それは大きな害になり得る。従って、本発明の電気化学的除去技術は、コー ン５２Ａのエミッタ材料の除去に対する過剰な層５２Ｂのエミッタ材料の除去の 選択性が、ゲート材料及び（存在する場合）分離された列電極の材料の除去に対 する過剰な層５２Ｂのエミッタ材料の除去の選択性より著しく高いような形で行 われる。つまり、コーン５２Ａのエミッタ材料を除去しない選択性が、ゲート材 料を除去しない選択性及び、分離された熱電極を使用する場合には列電極材料を 除去しない選択性の双方よりずっと高いものなのである。 電気化学システムは、電気化学セル６０及びセルの動作を調節するポテンシオ スタット式の制御システム６２を備えた形で形成される。電気化学セル６０は、 電解液６４、周囲の壁部６６、Ｏ−リング６８、対電極７０、及び基準電極７２ からなる。電界液６４は部分的に加工された 電界エミッタの上部に沿った過剰なエミッタ材料層５２Ｃ及びゲート層４６に接 触する。Ｏ−リング６８は、電解液６４が壁部６６の底の部分でセル６０から漏 れるのを防ぐ。 対電極７０は通常白金であり、電界液６４に沈められ、過剰なエミッタ材料層 ５２Ｃと平行に延びた形で設けられる。基準電極７２は通常銀／塩化銀であり、 電界液６４の中の好ましくは層５２Ｃの近傍に配置される。 制御システム６２は作用電極端子ＷＥ、基準電極端子ＲＥ、及び対電極端子Ｃ Ｅを有する。セル６０は作用電極導線７３、基準電極導線７４、第１対電極導線 ７５、及び第２対電極導線７６により制御システム６２に接続される。導線７３ 〜７６は全て通常銅のワイヤからなる。 作用電極導線７３は、第３図に示すように直接か、或いは分離された列電極に よりライン／ゲート層４６の一部分に接続される。導線７３は通常第３図に示す ようにセル６０の外部において電気的接続をなす。ゲート層４６は過剰なエミッ タ材料層５２Ｃに接触しているため、層４６及び５２Ｃそして（存在する場合に は）分離された列電極の組み合わせによりセル６０用の作用アノード電極が形成 される。基準電極導線７４は、基準電極７２に接続される。 第１対電極導線７５は、セル６０の外部に沿った下側非絶縁性領域４２のエミ ッタ電極ラインに接続される。第２対電極導線７６は、通常第１対電極導線７５ と対電極７０とを接続する。この結果、対電極７０及び導線７６は通常導線７５ と同じ電位となる。それにもかかわらず、導線７６更には対電極７０を導線７５ に対する、選択された異なる電位Ｖ₂₁に維持するために、電圧源７８（第３図に おいて波線で示されている）が導線７５と７６との間に挿入され得る。電圧源７ ８が存在する場合、電位Ｖ₂₁は正又は負の何れかであり得る。しかし、電子放出 コー ン５２Ａの電位は、過剰層５２Ｃからのエミッタ材料がコーン５２Ａまでめっき してしまう程、負の方向に高いものであってはならない。 電気化学セル６０は、ポテンシオスタット（定電位）モードで動作する。基準 電極７２は、再現性の高い固定された基準電位Ｖ_Rを供給する。電極７２が銀／ 塩化銀基準電極であるとき、基準電位Ｖ_Rは規定水素電極に対して０．２１Ｖで ある。 ポテンシオスタットは、過剰なエミッタ材料が電気化学的除去プロセスの際に 除去される場所である過剰層５２Ｃにおいて基準電極７２に対して一定の陽極電 位Ｖ_Aを供給するための制御システム６２として使用される。規定水素電極を基 準にして、過剰エミッタ材料層５２Ｃの電位Ｖ_WEはＶ_A＋Ｖ_Rである。 電子放出コーン５２Ａが下側エミッタ領域４２に接触している限り、コーン５ ２Ａ及び領域４２は、作用電極に対して負の電位にある。同様に対電極７０は作 用電極に対して負の電位にある。コーン５２Ａ、下側エミッタ領域４２、及び対 電極７０はセル６０のカソードとしての役目を果たす。 コーン５２Ａに過剰層５２Ｃのエミッタ材料がモリブデンであり、パターニン グされたゲート層４６及び隣接する列電極（存在する場合）の材料がクロム及び ／又はニッケルである場合には、電解液６２は好ましくは、 ａ． ０．００５〜０．０５（好適には０．０１）モル／リットルモル濃度の 水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、及び ｂ． ０．００５〜３．０（好適には２．０）のモル濃度の窒化ナトリウム（ ＮａＮＯ₃） を成分として含む水溶液である。好適な０．０１モルのＮａＯＨ及び２．０モル のＮａＮＯ₃の値では、印加される電位Ｖ_Aは、制御システム６ ２で適切な値に設定され、セル駆動電位Ｖ_WEが規定水素電極を基準にして０．４ 〜１．０Ｖの範囲、典型的には０．８Ｖの値に固定される。対電極−ブロッキン グの電位差Ｖ₂₁は、好ましくはゼロである。 電気化学セル６０を前述の条件で作動させることにより、過剰なエミッタ材料 層５２Ｃが構造の上部から電気化学的に除去される。特に、陽極電位Ｖ_WEにより 供給される駆動力によって、過剰層５２Ｃにおけるモリブデンが、典型的にはＭ ｏ⁶⁺イオンとして、電解液６４の中に陽極酸化により溶解することになる。窒化 ナトリウムを用いて層５２Ｃにおけるモリブデンが酸化し、これによって電界放 出構造から除去される速度が調節される。ＮａＮＯ₃の溶解により生成されるＮ Ｏ₃ ⁺イオンは酸化剤としての役目を果たす。ＮａＮＯ₃濃度が上昇することによ り、層５２Ｃにおけるモリブデンが酸化される速度、及びその逆反応の速度が増 加する。水素イオン（Ｈ⁺）の還元が対電極７０で起こり、水素ガスが発生する 。 対電極導線７５に接続されたコーン５２Ａの表面では化学作用は実質的に起こ らない。陽極電位Ｖ_WEに対する、導線７５上の低い陰極電位により、コーン５２ Ａの中のモリブデンが溶解することが防止される。 誘電体開口部５０を通して露出されている下側エミッタ領域４２のカバーされ ていない部分に沿って、幾つかの化学反応が発生し得る。しかし、エミッタ領域 ４２のこれらのカバーされていない部分に沿って生ずる化学作用のレベルは極め て低い。 電気化学除去セルにおいては、（正の）陽極電流Ｉ_WEは、作用電極を通して流 れ、これは電解液と駆動電位を受けて構造から電気化学的に除去される材料の除 去速度を表すものである。この除去速度は、通常陽極電流Ｉ_WEが増加するにつれ 大きくなる。 好適な０．０１モルＮａＯＨ及び２．０モルＮａＮＯ₃値における上 述の好適なＶ_WE電位の範囲は、モリブデン、クロム、及びニッケルの試験片を取 り除くように分離した形で合成された電気化学セル用として、陽極極性化曲線（ 電流Ｉ_WEを印加される駆動電位Ｖ_WEの関数として示した曲線）を実験的にモニタ リングすることにより決定した。第４図には、実験結果が示されており、駆動電 位Ｖ_WEが規定水素電極を基準にして０．４〜１．０Ｖの範囲にあるとき、クロム 及びニッケルに対する除去速度が、モリブデンに対する除去速度と比較して非常 に小さいことが示されている。 第５図には、電界エミッタが、パターニングされたゲート層４６と接触する分 離列電極８０を備えている場合の、第３図のプロセスシーケンスの実施例が示さ れている。第５ａ図が示すのは、図面の平面に対して垂直な方向に延在する列電 極８０の一実施例である。列電極アパーチャ８２の群は、その１つが第５ａ図に 示されており、各列電極８０を通して延在する。各列電極アパーチャ８２は、多 数の複合開口部４８／５０を露出している。第５ａ図における下側非絶縁性領域 ４２のエミッタ電極ラインは、図面の面に対して平行な方向に延在する。 第５ｂ図には、コーン５２Ａ及びブランケット過剰エミッタ材料層５２Ｂを被 着した後の部分的に加工された電解放出構造の外観が示されている。過剰層５２ Ｂは、列電極アパーチャ８２を通して以前に露出されていたゲート層４６の部分 への接触しているだけでなく、列電極８０及び絶縁性層４４の一部の上にも達し ている。 第５ｃ図には、マスクを用いたエッチングを行って、構造の横方向の周縁部に 沿って配置された過剰なエミッタ材料を含む、過剰エミッタ材料層５２Ｂの一部 分を除去した後、構造物がどのような外形を呈しているかが示されている。過剰 層５２Ｂの残った部分は、ゲート層４６の対応部分の対応する一部の上層をなす 矩形の島状部の群５２Ｃからなる。 第５Ｃ図の構造の配置図（平面図）は、第６図に示されている。過剰エミッタ材 料島状部５２Ｃの形成において用いられるフォトレジストマスクを形成するため に、パターニングされたゲート層４６を形成するためにゲート材料のパターニン グにおいて使用するのと同一の十字線（rectile）を用いることによって、各島 状部５２Ｃの外側境界部は、ゲート層４６の下層をなす部分の外側境界部と垂直 方向に概ね位置合わせされる。 第５ｄ図に示すのは、各島状部５２Ｃを電気化学的に除去した後の構造の外観 である。第５ｄ図に示すように、層５２Ｃの除去の際、ゲート層４６及び列電極 ８０の何れもが化学的作用を受けていない。同様に、電気化学的除去操作の際に 、コーン５２Ａも著しい化学作用を受けず、（受けたとしても）コーン５２Ａに 対する作用は、層４６及び電極への（ごく僅かの）作用レベルに満たない。第５ ａ図の構造に対応するレイアウト図は、第６ｂ図に示されている。 第５図に示すプロセスシーケンスでは、列電極８０が、パターニングされたゲ ート層４６の一部の上に配置される。別形態として、ゲート層４６が、列電極の 一部の上にくるようにすることもできる。第７図には、ゲート層４６が、図面の 平面に対して垂直な向きに延在する列電極８４の群の上に部分的に延在している ような別実施例が示されている。第７図における波線で示す符号５２Ｄを示す部 分は、マスクを利用したパターニングエッチングの後の、過剰エミッタ材料層５ ２Ｄの残りの部分である。過剰層５２Ｄの形状は、第５ｃ図のプロセスシーケン スにおける過剰層５２Ｃの形状と概ね同じである。 第８図に示すのは、本発明によって製造された第５ｄ図(又は第７図)のような 面積型電界エミッタを採用しているフラットパネル型ＣＲＴディスプレイの中心 的アクティブ領域の典型例である。基板４０はＣＲＴ ディスプレイのバックプレートを構成している。下側非絶縁性領域４２は、バッ クプレート４０の内部表面に沿って配置され、導電性層４２Ａ及び上層を成す抵 抗性層４２Ｂからなる。１つの列電極８０は第８図に示されている。 透明な、典型的にはガラス製のフェースプレート９０はベースプレート４０の 反対側に配置されている。発光燐光体領域９２は、その１つが第８図に示されて おり、対応する列電極アパーチャ８２の反対側のフェースプレート９０の内部表 面上に配置されている。典型的にはアルミニウムである薄い光反射層９４は、フ ェースプレート９０の内部表面に沿った燐光体領域９２の上に設けられている。 電子放出素子５２Ａから放出された電子は、光反射層９４を通り、燐光体領域９ ２に達して、それを発光させ、これによってフェースプレート９５の外部表面上 に目に見える画像が生成される。 フラットパネルＣＲＴディスプレイの中心的アクティブ領域は、通常第８図に は示されていない他の構成要素も含んでいる。例えば、フェースプレート９０の 内部表面に沿って設けられているブラックマトリクスは、通常各燐光体領域９２ を取り囲み、その燐光体領域を他の燐光体領域９２から横方向に分離する。電極 間誘電体層４４の上に設けられた集束用突条部（focusing ridge）により、電子 の飛しょう軌跡の制御が助けられる。又、バックプレート４０とフェースプレー ト９０との間の間隔を一定に維持するためにスペーサウォールが使用される。 第８図に示すタイプのフラットパネル型ＣＲＴディスプレイに組み込む場合、 本発明に従って製造された電界エミッタは、以下のように動作する。光反射層９ ４は、電界放出カソード用の陽極としての役目を果たす。この陽極は、ゲート及 びエミッタラインに対して非常に高い正の電位に維持されている。 （ａ）下側非絶縁性領域４２におけるエミッタ列電極の選択された１つと、（ ｂ）ゲート層４６の一部に接触するか、それを構成する列電極の選択された１つ との間に適切な電位を印加したとき、このようにして選択されたゲート部分は、 ２つの選択された電極の交点の部分で電子放出素子からの電子を取り出し、これ によって生ずる電流の大きさを制御する。所望のレベルの電子放出が発生するの は、通常燐光体領域９２が高電圧燐光体であるとき、ディスプレイの燐光体でコ ーティングされたフェースプレートの部分で測定された、値が０．１ｍＡ／ｃｍ² の電流密度で、ゲート−カソード平行プレート電界が２０Ｖ／μｍに達したと きである。取り出された電子がぶつかったとき、燐光体領域９２は発光する。 （２１Ｂ）「下向き」及び「下方向」のような方向を表す用語が本発明の説明 において使用されてきたが、これは様々な本発明の部分がどのように組み合わせ られるかを読み手が容易に理解できるような表示のフレームを設定するために使 用している用語である。実施の場面では、電子放出装置の構成要素が、ここで用 いている方向を表す用語によって示されるものとは異なる姿勢で配置され得る。 同じことが本発明によって実行される製造ステップについても当てはまる。方向 を表す用語が、説明を容易にするために便宜上用いられている限り、本発明は、 ここで用いている方向を表す用語によって表されるものとは厳密には異なる姿勢 の実施例もその範囲に含む。 本発明について特定の実施例を参照しつつ説明してきたが、この説明は、単に 発明の内容を具体的に示すことを目的としたものであり、本発明の範囲をこの実 施例に限定しようとするものではない。例えば、異なる電解液組成を用いた候補 の金属に対する電気化学的除去試験を行い、次いでその結果を検定して、第４図 に示すように、駆動電位Ｖ_WEの適 切な範囲を決定することにより、上述した好適なものとは異なる金属を、電子放 出コーン５２Ａのエミッタ材料用として、及びゲート層４６及び（それが存在す る場合）分離された列電極のゲート／列材料用として選択することができる。 作用電極導線、対電極、及び導線７５及び７６に類似しているが基準電極では ない（或いは基準電極導線ではない）一対の対電極導線を備えた電気化学除去シ ステムを、第３図の電気化学的除去システムの代わりに用いることができる。こ の実施形態では、操作手順が単純化され、特に電子エミッタの大量生産ベースで の製造に適するものである。別形態として、或いは追加的に、更に単純化を達成 するためにある条件の下では対電極７０（及びそれが関連する導線７６）を削除 することが可能である。 対電極は、過剰層５２Ｃの上の電解液６４中に入れられる代わりに、基板４０ の一部として電子エミッタそのものの中に設けることができる。対電極導線７５ 及び７６は、一般的に端子ＣＥに接続するのではなく制御システム６２の別の端 子に接続することができる。 ガルバノスタット（定電流）式電気化学除去システムを、上述のポテンシオス タット式システムの代わりに用いることができた。第３図のポテンシオスタット 制御システム６２は、作用電極導線７３及び対電極導線７６を流れる実質的に定 電流である電流を発生する電流源を含むガルバノスタット式制御システムに置き 換えられる。ガルバノスタット式システムにおける作用電極導線７３と対電極７ ０との間の電位が、ゲート層４６及び／又は（存在する場合）分離された列電極 を電気化学的に除去するに充分な値まで上昇し得るため、電気化学的除去操作は 、通常予め選択された除去時間が経過すると停止される。別形態として、導線７ ３と７６との間の予め選択された電位に達したとき除去プロセスが停止 するように、電位測定装置がシステムに含められ得る。 第３図の電気化学除去システムは、導線７３を低電位に保持するのでなく、作 用電極導線７３と対電極導線７６との間に制御可能な電位が存在するように変更 することができる。導線７３と７６との間の電位差は、動作時に一定値にセット するか、或いはプログラミング式で制御することができる。 第２図及び第５図のプロセスは、非円錐型の形状の電子放出素子を生成するも のに変更することができる。一例として、エミッタ材料の蒸着を、エミッタ材料 が誘電体開口部５２に入っていく際に通過する開口部を完全に閉じる前に終了さ せることができる。電子放出素子５２Ａは、次いで円錐台形状に生成される。本 発明の電気化学的除去操作、層５２Ｃのアパーチャを通して電解液６４に初めに 露出されていた円錐台形のコーン５２Ａを備えた過剰なエミッタ材料層５２Ｃに 対して施される。 硝酸リチウム（ＬｉＮＯ₃）、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）、硝酸ルビジウム（Ｒ ｂＮＯ₃）、及び硝酸セシウム（ＣｓＮＯ₃）の１又は２以上を、酸化イオン源と して硝酸ナトリウムの代わりに、或いは硝酸ナトリウムと組み合わせて用いるこ とができる。同様に、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ） 、及び／又は水酸化ルビジウム（ＲｂＯＨ）及び水酸化セシウム（ＣｓＯＨ）の １又は２以上を、電解液６４の中の塩基として水酸化ナトリウムの代わりに、或 いは水酸化ナトリウムと組み合わせて用いることができる。１又は２種類以上の 酸化剤を、任意の１又は２以上の塩基と共に使用することができる。それらの置 換物質又は組み合わせについて、酸化剤及び塩基の全モル濃度は、それぞれ硝酸 ナトリウム及び水酸化ナトリウムについて前述したのと同一の濃度である。 第ＩＩ族の金属、特にマグネシウム、カルシウム、ストランチウム、 及びバリウムの内の１又は２以上の硝酸塩を上述の第Ｉ族の金属の硝酸塩の代わ りに、或いはそれに加えて電解液６４の中で使用することができる。同様に、こ れらの第ＩＩ族の金属の１又は２異常の水酸化物を、上述の第Ｉ族の金属の水酸 化物の代わりに、或いはそれに加えて電解液６４の中で用いることができる。 （電気化学的除去操作の前に）ブランケット過剰エミッタ材料層５２Ｂに対す るマスクを利用したエッチングを実行するとき、このマスクを利用したエッチン グ処理は、（ａ）電極８０上の過剰なエミッタ材料の島５２Ｃのみを残すのでな く、各列電極８０の全てが過剰なエミッタ材料でカバーされ、（ｂ）過剰なエミ ッタ材料が電極８０の間の領域から除去されるように、実行される。本発明の電 気化学除去手順は、電子放出コーン５２Ａを露出するためにパターニングされた 過剰エミッタ材料層５２Ｃを通しての開口部を形成するに充分な時間であるが、 層５２Ｃの全てが除去されるほど長くない時間をかけて実行され得る。２つの前 述した変更を組み合わせることにより、列電極８０上に配置された過剰エミッタ 材料が、電極８０の一部としての役目を果たし得るようになり、これによってそ の導電能力が高められる。 電子放出コーンが、耐熱性金属炭化物のような、直接の電気化学的除去を容易 に為し得ないエミッタ材料で形成された先端部を有することは、望ましいことで あり得る。炭化チタンは、電子放出コーンの先端部用の材料として、魅力的な耐 熱性炭化物である。このような場合には、電気化学的に除去され得る電気化学的 に除去され得る（モリブデンのような）非絶縁性エミッタ材料が、第２ａ図また は第５ａ図に示すような段階において構造の上部に被着され、誘電体開口部５０ に入って、電子放出素子用の円錐台形のベース部を形成する。次いで、構造の上 部に電気化学的に除去され得ない材料を被着して開口部５０に入れ、材料が開口 部５０に入る際に通るアパーチャが完全に閉じられるまで被着を行うことによっ て、コーン形成プロセスが終了する。 次いで、電気化学的除去プロセスが上述のように実行されて、ゲート層４６及 び（存在する場合には）分離された列電極上に直接のっている電気化学的に除去 可能な過剰なエミッタ材料が除去される。この処理の際に、構造の上部に配置さ れた、過剰な、電気化学的に除去され得ないエミッタ材料が剥離される。この結 果、電気化学的に除去可能なエミッタ材料、及び電気化学的に除去できないエミ ッタ材料の先端部が、ゲート開口部４８を通して露出されることになる。 化学的に除去可能な材料からなるという条件の下で、本発明の原理を、ゲート 層と過剰なエミッタ材料を含む層との間に配置された、例えば層３２のような中 間層を電気化学的に除去するように拡張することができる。このような拡張にお いては、過剰な材料の層を、中間層の除去の結果として剥離するのが一般的であ る。上述の電気化学除去システムの何れかを、このような拡張プロセスにおいて 使用することができる。 下側非絶縁性領域４２が基板を支持するに十分な厚みを有する連続的な層であ る場合には、基板４０を取り除いた形態とすることができる。絶縁性の基板４０ の代わりに、薄い絶縁性層が構造支持体を備えた比較的厚い非絶縁性層の上層を なす複合基板を用いることができる。 電気化学的除去技術を、非ゲート型電子エミッタの製造において用いることが できる。本発明に従って作られた電子エミッタを用いて、フラットパネル型ＣＲ Ｔディスプレイ以外のフラットパネル型装置を作り出すことができる。従って、 当業者は、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明の様々な応用や実 施形態の改変が可能であろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９８年３月９日（１９９８．３．９） 【補正内容】請求の範囲 １．（ａ）第１材料を含む第１非絶縁性層（５２Ｃ）が、絶縁性層（４４）の上 層をなし、 （ｂ）開口部（５０）が、前記絶縁性層（４４）を貫通して延在しており、 （ｃ）前記第１材料を含む非絶縁性部（５２Ａ）が、少なくとも部分的に前記 開口部（５０）のなかに入っており、かつ前記第１非絶縁性層（５２Ｃ）からは 離隔されている構造物を準備する準備過程と、 前記非絶縁性部（５２Ａ）の前記第１材料に著しい化学的作用を及ぼすことな く前記非絶縁性部（５２Ａ）が露出されるように、前記第１非絶縁性層（５２Ｃ ）の前記第１材料の少なくとも一部分を電気化学的に除去する除去過程とを有す ることを特徴とし、 前記除去過程が、前記構造物の外部から供給された異なる第１電位及び第２電 位がそれぞれ、前記非絶縁性層（５２Ｃ）及び前記非絶縁性部（５２Ａ）に供給 される手順によって実行されることを特徴とする構造物の電気化学的加工方法。 ２．前記除去過程が、前記構造物が入れられる電解液バス（６４）を含む電気化 学セル（６０）を用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．（ａ）前記第１非絶縁性層（５２Ｃ）に電気的に接続された作用電極導線（ ７３）と、（ｂ）前記非絶縁性部（５２Ａ）に電気的に接続された第１対電極導 線（７５）とを備えた制御システム（６２）によって、前記セル（６０）の動作 が調節されることを特徴とする請求項２に記載の方法。 ４．前記制御システム（６２）が、少なくとも部分的に前記電解液バスのなかに 入れられた対電極（７０）に電気的に接続され、かつ前記構造 物から離隔された第２対電極導線（７６）を更に有することを特徴とし、 前記第２対電極導線（７６）が、前記第１対電極導線（７５）に対する制御さ れた電位に維持されることを特徴とする請求項３に記載の方法。 ５．前記除去過程が、実質的にポテンシオスタット式に行われることを特徴とす る請求項４に記載の方法。 ６．前記除去過程が、実質的にガルバノスタット式に行われることを特徴とする 請求項４に記載の方法。 ７．前記構造物が、前記第１非絶縁性層（５２Ｃ）と前記絶縁性層（４４）との 間に配設された第２非絶縁性層（４６）と、前記絶縁性層（４４）の開口部（５ ０）に連続して、前記第２非絶縁性層（４６）を通して延びる開口部（４８）と を有することを特徴とし、 前記非絶縁性部（５２Ａ）が、前記第２非絶縁性層（４６）から離隔されてい ることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の方法。 ８．前記第２非絶縁性層（４６）が、前記除去過程の際に、実質的に化学的作用 を受けないことを特徴とする請求項７に記載の方法。 ９．前記第２非絶縁性層（４６）が、前記第１材料とは化学的に異なる第２材料 を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。 １０．前記除去過程の際に、概ね全ての前記第１非絶縁性層（５２Ｃ）が除去さ れることを特徴とする請求項９に記載の方法。 １１．前記第１非絶縁性層（５２Ｃ）が、前記第２非絶縁性層（４６）に電気的 に接続されていることを特徴とする請求項９に記載の方法。 １２．前記構造物が、前記絶縁性層（４４）の下に配置された下側非絶縁性領域 （４２）を含むことを特徴とし、 前記非絶縁性部（５２Ａ）が、前記下側非絶縁性領域（４２）に電気的に接続 されていることを特徴とする請求項１１に記載の方法。 １３．前記第２電位が、前記下側非絶縁性領域（４２）を通して前記非 絶縁性部（５２Ａ）に伝達されることを特徴とする請求項１２に記載の方法。 １４．前記第１材料が主としてモリブデンからなり、前記第２材料が主としてク ロムかニッケルの何れか、またはその両方からなることを特徴とする請求項９に 記載の方法。 １５．前記制御された電位がゼロであることを特徴とし、 前記制御システム（６２）が、前記作用電極導線（７３）の電位を、規定水素 電極に対して実質的に選択された駆動電位に維持することを特徴とし、 前記駆動電位が０．４〜１．０ボルトの範囲であることを特徴とする請求項１ ４に記載の方法。 １６．前記電解液バス（６４）が、 ０．００５〜０．０５モル濃度の、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジ ウム、及びセシウムの少なくとも１つの水酸化物と、 ０．００５〜３．０モル濃度の、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウ ム、及びセシウムの少なくとも１つの硝酸塩とを含むことを特徴とする請求項１ ５に記載の方法。 １７．（ａ）非絶縁性ゲート層（４６）が、下側非絶縁性エミッタ領域（４２） の上に配置された絶縁性層（４４）の上層をなし、 （ｂ）多数の複合開口部（４８／５０）が、前記ゲート層（４６）及び前記絶 縁性層（４４）を貫通して延在して、概ね前記下側エミッタ領域（４２）に達し ており、 （ｃ）主たる非絶縁性エミッタ材料を含む過剰層（５２Ｃ）が、前記ゲート層 （４６）の上層をなし、かつ前記ゲート層（４６）に電気的に接続されており、 （ｄ）多数の電子放出素子（５２Ａ）が、それぞれ前記複合開口部（４ ８／５０）の中に配置されており、各電子放出素子（５２Ａ）が前記主たるエミ ッタ材料を含み、前記下側エミッタ領域（４２）に電気的に接続されており、前 記ゲート層（４６）及び前記過剰層（５２Ｃ）からは離隔されている構造物を準 備する準備過程と、 前記電子放出素子（５２Ａ）の主たるエミッタ材料に著しい化学作用を及ぼす ことなく、かつ、前記ゲート層（４６）に実質的に化学作用を及ぼすことなく、 過剰層（５２Ｃ）の主たるエミッタ材料の少なくとも一部分を電気化学的に除去 する除去過程とを有することを特徴とする構造物の電気化学的加工方法。 １８．前記除去過程が、前記構造物の外部から供給された異なる第１電位及び第 ２電位がそれぞれ、前記ゲート層（４６）及び前記下側エミッタ領域（４２）に 供給される手順によって実行されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 １９．前記除去過程が、前記構造物が入れられる電解液バス（６４）を含む電気 化学セル（６０）を用いて行われることを特徴とする請求項１８に記載の方法。 ２０．（ａ）前記ゲート層（４６）に電気的に接続された作用電極導線（７６） と、（ｂ）前記下側エミッタ領域（４２）に電気的に接続された第１対電極導線 （７５）とを備えた制御システム（６２）によって、前記セル（６０）の動作が 調節されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。 ２１．前記制御システム（６２）が、少なくとも部分的に前記電解液バス（６４ ）のなかに入れられた対電極（７０）に電気的に接続され、かつ前記構造物から 離隔された第２対電極導線（７６）を更に有することを特徴とし、 前記第２対電極導線（７６）が、前記第１対電極導線（７５）に対す る制御された電位に維持されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。 ２２．前記除去過程において、概ね全ての前記過剰層（５２Ｃ）が除去されるこ とを特徴とする請求項１７乃至２１の何れかに記載の方法。 ２３．前記準備過程が、主たるエミッタ材料を、（ａ）前記過剰層（５２Ｃ）を 形成すべく前記ゲート層（４６）の上に被着し、かつ（ｂ）前記電子放出素子（ ５２Ａ）を形成すべく前記複合開口部（４８／５０）に同時に被着する過程を含 むことを特徴とする請求項１７乃至２１の何れかに記載の方法。 ２４．前記ゲート層（４６）が、前記主たるエミッタ材料とは化学的に異なるゲ ート材料を含むことを特徴とする請求項１７乃至２１の何れかに記載の方法。 ２５．前記主たるエミッタ材料が主としてモリブデンからなり、前記ゲート材料 が主としてクロムかニッケルの何れか、またはその両方からなることを特徴とす る請求項２１に記載の方法。 ２６．前記制御された電位がゼロであることを特徴とし、 前記制御システム（６２）が、前記作用電極導線（７３）の電位を、規定水素 電極に対して実質的に選択された駆動電位に維持することを特徴とし、 前記駆動電位が０．４〜１．０ボルトの範囲であることを特徴とする請求項２ ５に記載の方法。 ２７．前記電解液バス（６４）が、 ０．００５〜０．０５モル濃度の、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジ ウム、及びセシウムの少なくとも１つの水酸化物と、 ０．００５〜３．０モル濃度の、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウ ム、及びセシウムの少なくとも１つの硝酸塩とを含むことを特 徴とする請求項２５に記載の方法。 ２８．前記構造物が、前記過剰層（５２Ｃ）と前記絶縁性層（４４）との間に配 置され、前記ゲート層（４６）と電気的に接続された追加の非絶縁性層（８０） を有し、前記追加の非絶縁性層（８０）が前記除去過程の際に実質的に化学的作 用を受けないことを特徴とする請求項１７乃至２１の何れかに記載の方法。 ２９．前記追加の非絶縁性層（８０）がパターニングされて、前記ゲート層（４ ６）の一部と選択的に接触する、平行線をなす構造一体型の電極の群に形成され ることを特徴とする請求項２８に記載の方法。 ３０．前記過剰層（５２Ｃ）における前記主たるエミッタ材料が平行線をなす群 にパターニングされ、それぞれが、前記構造一体型の電極群（８０）の対応する 一つの上層をなすことを特徴とする請求項２９に記載の方法。 ３１．前記除去過程が、前記電子放出素子（５２Ａ）を露出するに十分な長い時 間であるが、前記過剰層（５２Ｃ）の各ラインにおける主たるエミッタ材料の概 ね全てを除去するに十分なほど長くはない時間をかけて、前記除去過程が実施さ れることを特徴とする請求項３０に記載の方法。 ３２．各電子放出素子（５２Ａ）が、 （ａ）主たるエミッタ材料のベース部と、 （ｂ）前記ベース部の上層をなす追加的エミッタ材料の先端部とを有すること を特徴とし、 前記追加的エミッタ材料の層が前記過剰層の上層をなし、前記除去過程の際に 除去されることを特徴とする請求項１７乃至２１の何れかに記載の方法。 ３３．前記追加的エミッタ材料が、実質的に電気化学的に除去不可能な 材料からなることを特徴とする請求項３２に記載の方法。 ３４．前記追加的エミッタ材料が、耐熱性金属炭化物を含むことを特徴とする請 求項３０に記載の方法。 ３５．前記金属炭化物が、炭化チタンを含むことを特徴とする請求項３４に記載 の方法。 ３６．前記主たるエミッタ材料が主としてモリブデンからなり、前記ゲート層（ ４６）が主としてクロムからなり、前記追加の非絶縁性層（８０）がニッケルま たはクロムの何れか、またはその両方からなることを特徴とする請求項２８に記 載の方法。 ３７．前記下側エミッタ領域（４２）が、 少なくとも部分的にパターニングされてエミッタ電極ラインをなす導電性層（ ４２Ａ）と、 前記導電性層（４２Ａ）の上層をなす抵抗性層（４２Ｂ）とを有することを特 徴とする請求項１７乃至２１の何れかに記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ニコロバ、マリア・エス アメリカ合衆国メリーランド州21218・ボ ルティモア・ノースカルバートストリート 2929 (72)発明者 シアソン、ピーター・シー アメリカ合衆国メリーランド州21209・ボ ルティモア・ブライトリーフウェイ 2330 (72)発明者 ヘイブン、ドゥエイン・エイ アメリカ合衆国カリフォルニア州95014・ クーペルティーノ・ポータルプラザ 19938 (72)発明者 クナル、ニルズ・ジョアン アメリカ合衆国カリフォルニア州94306・ パロアルト・＃１・ベンチュラ 310 (72)発明者 マコーレイ、ジョン・エム アメリカ合衆国カリフォルニア州94306・ パロアルト・グリーンメドウウェイ 114 (72)発明者 バートン、ロジャー・ダブリュ アメリカ合衆国カリフォルニア州94301・ パロアルト・フォレストアベニュー 545

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）少なくとも部分的に第１材料からなる第１非絶縁性層が、絶縁性層の 上層をなし、 （ｂ）開口部が、前記絶縁性層を貫通して延在しており、 （ｃ）前記少なくとも部分的に第１材料からなる非絶縁性部が、少なくとも部 分的に前記開口部の中に入っており、かつ前記第１非絶縁性層からは離隔されて いる構造物を準備する準備過程と、 前記非絶縁性部の前記第１材料に著しい化学的作用を及ぼすことなく前記非絶 縁性部が露出されるように、前記第１非絶縁性層の前記第１材料の少なくとも一 部分を電気化学的に除去する除去過程とを有することを特徴とする構造物の電気 化学的加工方法。 ２．前記除去過程が、前記構造物が入れられる電解液を含む電気化学セルを用い て行われることを特徴とし、 （ａ）前記第１非絶縁性層に電気的に接続された作用電極導線と、（ｂ）前記 非絶縁性部に電気的に接続された第１対電極導線とを備えた制御システムによっ て、前記セルの動作が調節されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記制御システムが、少なくとも部分的に前記電解液の中に入れられた対電 極に電気的に接続され、かつ前記構造物から離隔された第２対電極導線さらに有 することを特徴し、 前記第２電極導線が、前記第１対電極導線対する制御された電位に維持される ことを特徴とする請求項２に記載の方法。 ４．前記構造物が、前記第１非絶縁性層と前記絶縁性層との間に配設された第２ 非絶縁性層と、前記絶縁性層の開口部に連続して、前記第２絶縁性層を通して延 びる開口部とを有することを特徴をし、 前記非絶縁性部が、前記第２非絶縁性層から離隔されていることを特 徴とする請求項１に記載の方法。 ５．前記第２非絶縁性層が、前記除去過程の際に、実質的に化学的作用を受けな いことを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．前記第２非絶緑性層が、少なくとも部分的に、前記第１材料とは化学的に異 なる第２材料からなることを特徴とする請求項５に記載の方法。 ７．前記除去過程の際に、概ねすべての前記第１非絶縁性層が除去されることを 特徴とする請求項６に記載の方法。 ８．前記第１非絶縁性層が、前記第２非絶縁性層に電気的に接続されていること を特徴とする請求項６に記載の方法。 ９．前記構造物が、前記絶縁性層の下に配置された下側非絶縁性領域を含むこと を特徴とし、 前記非絶縁性部が、前記下側絶縁性領域に電気的に接続されていることを特徴 とする請求項８に記載の方法。 １０．前記除去過程が、前記構造物が入れられる電解液を含む電気化学セルを用 いて行われることを特徴とし、 （ａ）前記第２非絶縁性層に電気的に接続された作用電極導線と、（ｂ）前記 下側非絶縁性領域に電気的に接続された第１対電極導線等を備えた制御システム によって、前記セルの動作が調節されることを特徴とする請求項９に記載の方法 。 １１．前記制御システムが、少なくとも部分的に前記電解液の中に入れられた電 極に電気的に接続され、かつ前記構造物から離隔された第２対電極導線をさらに 有することを特徴とし、 前記第２対電極導線が、前記第１対電極導線に対する制御された電位に維持さ れることを特徴とする請求項１０に記載の方法。 １２．前記除去過程が、実質的にポテンシオスタット式に行われることを特徴と する請求項１１に記載の方法。 １３．前記除去過程が、実質的にガルバノスタット式に行われることを特徴とす る請求項１１に記載の方法。 １４．前記第１材料が主としてモリブデンからなり、前記第２材料が主としてク ロムかニッケルの何れか、又はその両方からなることを特徴とする請求項６乃至 １３の何れかに記載の方法。 １５．前記制御された電位がゼロであることを特徴とし、 前記制御システムが、前記作用電極導線の電位を、規定水素電極に対して実質 的に選択された駆動電位に維持することを特徴とし、 前記駆動電位がゼロ．４〜１．０ボルトの範囲であることを特徴とする請求項１ ４に記載の方法。 １６．前記電解液が、 ０．００５〜０．０５モル濃度の、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジ ウム、及びセシウムの少なくとも一つの水酸化物と、 ０．００５〜３．０モル濃度の、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウ ム、及びセシウムの少なくとも一つの硝酸塩とを含むことを特徴とする請求項１ ５に記載の方法。 １７．（ａ）非絶縁性ゲート層が、下側非絶縁性エミッタ領域の上に配置された 絶縁性層の上層をなし、 （ｂ）多数の複合開口部が、前記ゲート層及び前記絶縁性層を貫通して延在し て、概ね下側非絶縁性エミッタ領域に達しており、 （ｃ）少なくとも部分的に主たる非絶縁性エミッタ材料からなる過剰層が、前 記ゲート層の上層をなし、かつ前記ゲート層に電気的に接続されており、 （ｄ）多数の電子放出素子が、それぞれ電気複合開口部の中に配置されており、 各電子放出素子が少なくとも部分的に前記主たるエミッタ材料からなり、前記下 側エミッタ領域に電気的に接続されており、前記ゲー ト層及び前記過剰層からは離隔されている構造物を準備する準備過程と、 前記電子放出素子の主たるエミッタ材料に著しい化学作用を及ぼすことなく、 かつ、前記ゲート層に実質的な化学作用を及ぼすことなく、過剰層の主たるエミ ッタ材料の少なくとも一部分を電気化学的に除去する除去過程とを有することを 特徴とする構造物の電気化学的加工方法。 １８．前記除去過程が前記構造物が入れられる電解液を含む電気化学セルを用い て行われることを特徴とし、 （ａ）前記ゲート層に電気的に接続された作用電極導線と、（ｂ）前記下側エ ミッタ領域に電気的に接続された第１対電極導線等を備えた制御システムによっ て、前記セルの動作が調節されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 １９．前記制御システムが、少なくとも部分的に前記電解液の中に入れられた水 電極に？？的に接続され、かつ前記構造物から離隔された第２対電極導線をさら に有することを特徴とし、 前記第２対電極導線が、前記第１対電極導線に対する制御された電位に維持さ れることを特徴とする請求項１８に記載の方法。 ２０．前記除去過程において、概ねすべての前記過剰層が除去されることを特徴 とする請求項１８に記載の方法。 ２１．前記準備過程が主たるエミッタ材料を、（ａ）前記過剰層を形成すべく前 記ゲート層の上に付着し、かつ（ｂ）前記電子放出素子を形成すべく前記複合開 口部に同時に付着する過程を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。 ２２．前記ゲート層が、少なくとも部分的に前記主たるエミッタ材料とは化学的 に異なるゲート材料からなることを特徴とする請求項１８に記載の方法。 ２３．前記主たるエミッタ材料が主としてモリブデンからなり、前記ゲ ート材料が主としてクロムかニッケルの何れか、又はその両方からなることを特 徴とする請求項２２に記載の方法。 ２４．前記制御された電位がゼロであることを特徴とし、 前記制御システムが、前記作用電極導線の電位を、規定水素電極に対して実質的 に選択たれた駆動電位に維持することを特徴とし、 前記駆動電位がゼロ．４〜１．３ボルトの範囲であることを特徴とする請求項２ ３に記載の方法。 ２５．前記電解液が、 ０．００５〜０．０５モル濃度のリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウ ム、及びセシウムの少なくとも一つの水酸化物と、 ０．００５〜３．０モル濃度の、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウ ム、及びセシウムの少なくとも一つの硝酸塩を含むことを特徴とする請求項２４ に記載の方法。 ２６．前記構造物が、前記過剰層と前記絶縁性層との間に配置され、前記ゲート 層と電気的に接続された追加の非絶縁性層を有し、前記追加の非絶縁性層が前記 除去過程の際に実質的に化学的作用を受けないことを特徴とする請求項１７乃至 ２２の何れかに記載の方法。 ２７．前記追加の非絶縁性層がパターニングされて、前記ゲート層の一部と選択 的に接触する、平行線をなす構造一体型の電極の群に形成されることを特徴とす る請求項２６に記載の方法。 ２８．前記過剰層における前記主たるエミッタ材料が平行線をなす群にパターニ ングされ、パターニングされた材料のそれぞれが、前記構造一体型の電極群の対 応する一つの上層をなすことを特徴とする請求項２７に記載の方法。 ２９．前記除去過程が、前記電子放出素子を露出するに十分な長い時間であるが 、前記過剰層の各ラインにおける主たるエミッタ材料の概ね全 てを除去するに十分なほど長くはない時間をかけて、前記除去過程が実施される ことを特徴とする請求項２８に記載の方法。 ３０．各電子放出素子が、 （ａ）主たるエミッタ材料のベース部と、 （ｂ）前記ベース部の上層をなす追加的エミッタ材料の先端部とを有すること を特徴とし、 前記追加的エミッタ材料の層が前記過剰層の上層をなし、前記除去過程の際に 除去されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ３１．前記追加的エミッタ材料が、実質的に電気化学的に除去不可能な材料から なることを特徴とする請求項３０に記載の方法。 ３２．前記追加的エミッタ材料が、耐熱性金属炭化物を含むことを特徴とする請 求項３０に記載の方法。 ３３．前記金属炭化物が、炭化チタンを含むことを特徴とする請求項３２に記載 の方法。 ３４．前記主たるエミッタ材料が主としてモリブデンからなり、前記ゲート層が 主としてクロムからなり、前記追加の非絶縁性層がニッケルまたはクロムの何れ か、またはその両方からなることを特徴とする請求項２６に記載の方法。