JP2001035354A - Field emission type electron source and manufacture thereof - Google Patents
Field emission type electron source and manufacture thereofInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料を用い
て電界放射により電子線を放射するようにした電界放射
型電子源およびその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type electron source which emits an electron beam by field emission using a semiconductor material, and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、図６に示すように、導電性基
板たるｎ形シリコン基板１の主表面上に酸化された多孔
質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト層６が形成
され、強電界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金
薄膜などの金属薄膜）よりなる表面電極７が形成された
平面型の電界放射型電子源１０’が提案されている（特
願平１０−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２
号）。ここに、ｎ形シリコン基板１の裏面には、オーミ
ック電極２が形成されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as shown in FIG. 6, a strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polycrystalline silicon layer is formed on a main surface of an n-type silicon substrate 1 as a conductive substrate. A flat field emission type electron source 10 'in which a surface electrode 7 made of a conductive thin film (for example, a metal thin film such as a gold thin film) is formed on an electric field drift layer 6 has been proposed (Japanese Patent Application No. 10-272340). No., Japanese Patent Application No. 10-272342
issue). Here, an ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1.
【０００３】この電界放射型電子源１０’は、図７に示
すように、表面電極７を導電性基板たるｎ形シリコン基
板１（オーミック電極２）に対して正極として表面電極
７とオーミック電極２との間に直流電圧Ｖpsを印加する
とともに、表面電極７を陰極として表面電極７に対向配
置されたコレクタ電極２１との間に直流電圧Ｖcを印加
することにより、ｎ形シリコン基板１から注入された電
子が強電界ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通し
て放出される（なお、図７中の一点鎖線は放射電子流を
示す）。したがって、表面電極７としては、仕事関数の
小さな材料を用いることが望ましい。なお、表面電極７
とオーミック電極２との間に流れる電流をダイオード電
流Ｉpsと称するとともに、コレクタ電極２１と表面電極
７との間に流れる電流を放出電子電流Ｉeと称し、ダイ
オード電流Ｉpsに対する放出電子電流Ｉeの比が大きい
ほど電子の放出効率が高くなる。As shown in FIG. 7, a field emission type electron source 10 'uses a surface electrode 7 as a positive electrode with respect to an n-type silicon substrate 1 (an ohmic electrode 2) as a conductive substrate. Is applied from the n-type silicon substrate 1 by applying a DC voltage Vps to the collector electrode 21 disposed opposite to the surface electrode 7 while using the surface electrode 7 as a cathode. The generated electrons drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the surface electrode 7 (the dashed line in FIG. 7 indicates a radiated electron flow). Therefore, it is desirable to use a material having a small work function as the surface electrode 7. The surface electrode 7
The current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is referred to as the emission electron current Ie, and the current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is referred to as the emission electron current Ie. The larger the value, the higher the electron emission efficiency.
【０００４】この種の電界放射型電子源を利用したディ
スプレイとして、図８に示すように、電界放射型電子源
１０”の表面電極７に対向配置されるガラス基板３３を
備え、ガラス基板３３の電界放射型電子源１０”と対向
する面にはストライプ状にコレクタ電極３１が形成さ
れ、表面電極７から放射される電子線によって可視光を
発光する蛍光体層３２がコレクタ電極３１を覆うように
形成されたものが提案されている。この電界放射型電子
源１０”の基本構成および基本動作は図６に示した電界
放射型電子源１０’と略同じであり、強電界ドリフト層
６上の表面電極７がストライプ状に形成されている点が
相違するだけである。As a display using such a field emission type electron source, as shown in FIG. 8, a glass substrate 33 disposed opposite to a surface electrode 7 of a field emission type electron source 10 ″ is provided. A collector electrode 31 is formed in a stripe shape on a surface facing the field emission electron source 10 ″ so that a phosphor layer 32 that emits visible light by an electron beam emitted from the surface electrode 7 covers the collector electrode 31. The formed one has been proposed. The basic configuration and basic operation of the field emission type electron source 10 ″ are substantially the same as those of the field emission type electron source 10 ′ shown in FIG. 6, and the surface electrodes 7 on the strong electric field drift layer 6 are formed in a stripe shape. The only difference is that
【０００５】図８に示したディスプレイでは、面状の電
界放射型電子源１０”の所定領域から電子を放出させる
ために、電子を放出させたい領域に選択的に電圧を印加
する必要がある。このため、上述のように表面電極７を
ストライプ状に形成するとともに、コレクタ電極３１を
表面電極７に直交するストライプ状に形成してある。す
なわち、コレクタ電極３１および表面電極７を適宜選択
して電圧（電界）を印加することにより、電圧を印加し
た表面電極７からのみ電子を放出させるようになってい
る。そして、放出された電子は、当該電子が放出された
表面電極７において対向するコレクタ電極３１に電圧が
印加されている領域から放出された電子だけが加速さ
れ、該コレクタ電極３１を覆う蛍光体を光らせる。In the display shown in FIG. 8, in order to emit electrons from a predetermined area of the planar field emission type electron source 10 ", it is necessary to selectively apply a voltage to an area where electrons are to be emitted. For this reason, the surface electrode 7 is formed in a stripe shape as described above, and the collector electrode 31 is formed in a stripe shape orthogonal to the surface electrode 7. That is, the collector electrode 31 and the surface electrode 7 are appropriately selected. By applying a voltage (electric field), electrons are emitted only from the surface electrode 7 to which the voltage is applied, and the emitted electrons are collected by the collector facing the surface electrode 7 from which the electrons are emitted. Only the electrons emitted from the region where the voltage is applied to the electrode 31 are accelerated, and the phosphor covering the collector electrode 31 is illuminated.
【０００６】要するに、図８に示したディスプレイで
は、特定の表面電極７と特定のコレクタ電極３１とに電
圧を印加することにより、蛍光体層３２のうち上記電圧
が印加された両電極７，３１の交差する領域に対応する
部分を光らせることができる。そして、電圧を印加する
表面電極７およびコレクタ電極３１を適宜切り替えるこ
とにより、画像や文字などを表示することが可能にな
る。In short, in the display shown in FIG. 8, by applying a voltage to a specific surface electrode 7 and a specific collector electrode 31, both electrodes 7, 31 of the phosphor layer 32 to which the above voltage is applied are applied. Can be made to illuminate the portion corresponding to the area where By appropriately switching the surface electrode 7 and the collector electrode 31 to which a voltage is applied, images, characters, and the like can be displayed.
【０００７】なお、蛍光体層３２は、図９に示すよう
に、画素ごとに３色（赤、緑、青）の蛍光体領域３４が
ストライプ状に設けられており、各画素および各画素内
の蛍光体領域３４がブラックストライプと呼ばれる黒色
パターンよりなる分離帯３５により分離されている。こ
こにおいて、分離帯３５は、画像を引き締め、３色の混
合を防止する働きがある。As shown in FIG. 9, the phosphor layer 32 is provided with phosphor regions 34 of three colors (red, green, and blue) for each pixel in a stripe shape. Are separated by a separation band 35 made of a black pattern called a black stripe. Here, the separation band 35 has a function of tightening an image and preventing mixing of three colors.
【０００８】上記ディスプレイでは、電界放射型電子源
１０”から放出された電子で蛍光体層３２の蛍光体領域
３４を光らせるためには、コレクタ電極３１に数百Ｖな
いし数ｋＶの高電圧を印加する必要がある。In the above display, a high voltage of several hundred V to several kV is applied to the collector electrode 31 in order to illuminate the phosphor region 34 of the phosphor layer 32 with electrons emitted from the field emission type electron source 10 ″. There is a need to.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種のデ
ィスプレイを薄型化する場合、電界放射型電子源１０”
とガラス基板３３との間での放電を防ぐためには、コレ
クタ電極３１に印加する電圧（以下、加速電圧と称す）
を低くする必要があるが、加速電圧を低くすると、蛍光
体領域３４の発光効率が低くなって画面の輝度が低くな
るという不具合があった。これに対し、輝度を高くする
ために電子放出効率が一定のままで放射電流密度を大き
くすると、消費電力の増大、発熱による電界放射型電子
源１０”の劣化や絶縁破壊などの問題が生じる。When a display of this type is made thinner, a field emission type electron source 10 "is required.
In order to prevent a discharge between the electrode and the glass substrate 33, a voltage applied to the collector electrode 31 (hereinafter, referred to as an acceleration voltage)
However, when the acceleration voltage is lowered, there is a problem that the luminous efficiency of the phosphor region 34 decreases and the luminance of the screen decreases. On the other hand, if the emission current density is increased while the electron emission efficiency is kept constant in order to increase the luminance, problems such as an increase in power consumption, deterioration of the field emission type electron source 10 ″ due to heat generation, and dielectric breakdown occur.
【００１０】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、特定の領域における放射電流密度が
他の領域に比べて高くなる電界放射型電子源およびその
製造方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a field emission type electron source in which a radiated current density in a specific region is higher than in other regions, and a method of manufacturing the same. It is in.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、導電性基板と、導電性基板の一
表面側に形成された酸化若しくは窒化された多孔質半導
体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上
に形成された導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表
面電極を導電性基板に対して正極として電圧を印加する
ことにより、導電性基板から注入された電子が強電界ド
リフト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界
放射型電子源であって、強電界ドリフト層に、表面電極
と導電性基板との距離を小さくした電界集中用凹部が形
成されてなることを特徴とするものであり、強電界ドリ
フト層において電界集中用凹部近傍では電界強度が強く
なるので、電界集中用凹部が形成された領域での電子放
出効率が向上し、また、強電界ドリフト層をドリフトす
る電子が表面電極に近づくにつれて電界集中用凹部近傍
に集中し表面電極を通して放出されるので、電界集中用
凹部が形成された領域での放射電流密度が大きくなる。According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a conductive substrate and an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on one surface of the conductive substrate. A strong electric field drift layer, and a surface electrode made of a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer. The voltage is applied from the conductive substrate by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive substrate. A field emission type electron source in which the generated electrons drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. In the strong electric field drift layer, a concave portion for electric field concentration in which the distance between the surface electrode and the conductive substrate is reduced is formed. In the strong electric field drift layer, the electric field intensity becomes strong near the electric field concentration concave portion, so that the electron emission efficiency in the region where the electric field concentration concave portion is formed is improved, And electrons drift a strong electric field drift layer because it is emitted through the concentrated surface electrode in a recess near a field concentration toward the surface electrode, emission current density at the electric field concentration recess is formed region increases.
【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源により各画素を発光させるディスプレイに用
い、上記電界集中用凹部は、ディスプレイの各画素に対
応付けて設けられているので、消費電力を増大させるこ
となしに輝度の高いディスプレイを実現することが可能
になる。The invention of claim 2 is used for a display in which each pixel emits light by the field emission type electron source according to claim 1, and the electric field concentration recess is provided in association with each pixel of the display. Thus, a display with high luminance can be realized without increasing power consumption.
【００１３】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質シリ
コン層よりなることを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the porous semiconductor layer is made of a porous silicon layer.
【００１４】請求項４の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質多結
晶シリコン層よりなることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the porous semiconductor layer comprises a porous polycrystalline silicon layer.
【００１５】請求項５の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成
した後、多孔質半導体層の極表面を酸化し、その後、多
孔質半導体層の極表面の酸化された部分を除去すること
により上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、そ
の後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を
形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形成
することを特徴とし、電界集中用凹部が形成された特定
の領域における放射電流密度が他の領域に比べて高くな
る電界放射型電子源を提供することができる。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and at least a part of the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making it porous, the extreme surface of the porous semiconductor layer is oxidized, and then, the oxidized portion of the extreme surface of the porous semiconductor layer is removed to remove the above-mentioned electric field concentration. A concave portion corresponding to the concave portion is formed, and thereafter, the porous semiconductor layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the electric field concentration concave portion, and then a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. The field emission type electron source is characterized in that the emission current density in a specific area where the electric field concentration concave portion is formed is higher than in other areas.
【００１６】請求項６の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成
した後、多孔質半導体層の表面にサンドブラスト法によ
り上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、その
後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより
上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を形
成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
ることを特徴とし、電界集中用凹部が形成された特定の
領域における放射電流密度が他の領域に比べて高くなる
電界放射型電子源を提供することができる。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and at least a part of the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making it porous, a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion is formed on the surface of the porous semiconductor layer by a sandblast method, and then the porous semiconductor layer is oxidized or nitrided. Forming a strong electric field drift layer provided with the electric field concentrating concave portion, and then forming a surface electrode on the strong electric field drift layer, thereby irradiating a specific region where the electric field concentrating concave portion is formed. A field emission electron source having a higher current density than other regions can be provided.
【００１７】請求項７の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成
した後、多孔質半導体層の表面に機械的な研磨を行うこ
とにより上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、
その後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することに
より上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層
を形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形
成することを特徴とし、電界集中用凹部が形成された特
定の領域における放射電流密度が他の領域に比べて高く
なる電界放射型電子源を提供することができる。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and at least a part of the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making it porous, a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion is formed by mechanically polishing the surface of the porous semiconductor layer,
After that, the porous semiconductor layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the electric field concentration concave portion, and then a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. It is possible to provide a field emission type electron source in which the emission current density in a specific area where the concave portion is formed is higher than in other areas.
【００１８】請求項８の発明は、請求項１または請求項
２記載の電界放射型電子源の製造方法であって、導電性
基板上に半導体層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導
体層の少なくとも一部を多孔質化することにより多孔質
半導体層を形成した後、上記電界集中用凹部を形成する
ために所定形状にパターニングされたフォトレジスト層
を多孔質半導体層上に形成し、その後、該フォトレジス
ト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチング
することにより多孔質半導体層の表面に上記電界集中用
凹部に対応する凹部を形成した後、多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより上記電界集中用凹部が設
けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ド
リフト層上に表面電極を形成することを特徴とし、電界
集中用凹部が形成された特定の領域における放射電流密
度が他の領域に比べて高くなる電界放射型電子源を提供
することができ、しかも、所定形状にパターニングされ
たフォトレジスト層をマスクとして多孔質半導体層の一
部をエッチングすることにより電界集中用凹部に対応す
る凹部を形成していることにより、請求項１記載の電界
放射型電子源により各画素を発光させるディスプレイに
用いる場合に、ディスプレイの各画素に対応付けて電界
集中用凹部を形成することができる。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the first or second aspect, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making at least a part of the porous, a photoresist layer patterned into a predetermined shape to form the electric field concentration concave portion is formed on the porous semiconductor layer, and then Forming a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion on the surface of the porous semiconductor layer by etching a part of the porous semiconductor layer using the photoresist layer as a mask, and then oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer Forming a strong electric field drift layer provided with the electric field concentrating recess, and then forming a surface electrode on the strong electric field drift layer. A field emission type electron source in which the emission current density in a specified specific region is higher than that in other regions can be provided, and one of the porous semiconductor layers can be provided by using a photoresist layer patterned in a predetermined shape as a mask. The concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion is formed by etching the portion, so that the concave portion corresponds to each pixel of the display when used in a display that emits each pixel by the field emission type electron source according to claim 1. In addition, an electric field concentration concave portion can be formed.
【００１９】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、上記フォトレジスト層のパターニングにあたって、
位相の揃った二本の光束を干渉させることにより形成さ
れる光の強弱パターンによって多孔質半導体層上の全面
に塗布されたフォトレジストを露光するので、大面積に
わたって短時間で露光することが可能になり、スループ
ットが向上する。According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect of the present invention, when patterning the photoresist layer,
Exposure of the photoresist applied to the entire surface of the porous semiconductor layer with the light intensity pattern formed by interfering the two light beams with the same phase allows exposure in a short time over a large area And the throughput is improved.
【００２０】請求項１０の発明は、請求項５ないし請求
項９の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質シ
リコン層よりなることを特徴とする。A tenth aspect of the present invention is characterized in that, in the invention of the fifth to ninth aspects, the porous semiconductor layer comprises a porous silicon layer.
【００２１】請求項１１の発明は、請求項５ないし請求
項９の発明において、上記多孔質半導体層が、多孔質多
結晶シリコン層よりなることを特徴とする。An eleventh aspect of the present invention is characterized in that, in the fifth to ninth aspects, the porous semiconductor layer is made of a porous polycrystalline silicon layer.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】（実施形態１）図１に本実施形態
の電界放射型電子源１０の概略断面図を、図３（ａ）〜
（ｄ）に電界放射型電子源１０の製造方法における主要
工程断面図を示す。なお、本実施形態では、導電性基板
として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近い単結晶のｎ形
シリコン基板１（例えば、抵抗率が０．０１ないし０．
０２Ωｃｍの（１００）基板）を用いている。(Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic sectional view of a field emission type electron source 10 according to this embodiment, and FIGS.
(D) is a sectional view of a main step in the method for manufacturing the field emission electron source 10. In the present embodiment, a single-crystal n-type silicon substrate 1 having a resistivity relatively close to that of a conductor (for example, having a resistivity of 0.01 to 0.5 mm) is used as a conductive substrate.
A (100) substrate of 02 Ωcm) is used.
【００２３】本実施形態の電界放射型電子源１０は、図
１に示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の
主表面側に酸化された多孔質多結晶シリコン層よりなる
強電界ドリフト層６が形成され、強電界ドリフト層６上
に導電性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が
形成されている。また、ｎ形シリコン基板１の裏面には
オーミック電極２が形成されている。ここにおいて、本
実施形態の電界放射型電子源１０の基本構成は、図６に
示した従来の電界放射型電子源１０’と略同じなので、
同様の構成要素には同一の符号を付してある。As shown in FIG. 1, the field emission type electron source 10 of this embodiment has a strong electric field drift composed of an oxidized porous polycrystalline silicon layer on the main surface side of an n-type silicon substrate 1 serving as a conductive substrate. A layer 6 is formed, and a surface electrode 7 made of a conductive thin film (for example, a gold thin film) is formed on the strong electric field drift layer 6. An ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1. Here, the basic configuration of the field emission electron source 10 of the present embodiment is substantially the same as the conventional field emission electron source 10 ′ shown in FIG.
Similar components are denoted by the same reference numerals.
【００２４】なお、本実施形態では、導電性基板として
ｎ形シリコン基板１を用いているが、導電性基板は、電
界放射型電子源１０の負極を構成するとともに真空中に
おいて上述の強電界ドリフト層６を支持し、なお且つ、
強電界ドリフト層６へ電子を注入するものである。した
がって、導電性基板は、電界放射型電子源１０の負極を
構成し強電界ドリフト層６を支持することができればよ
いので、ｎ形シリコン基板に限定されるものではなく、
クロムなどの金属基板であってもよいし、ガラスなどの
絶縁性基板の一表面に導電性膜（例えば、ＩＴＯ膜）を
形成したものであってもよい。ガラス基板の一表面に導
電性膜を形成した基板を用いる場合には、半導体基板
（例えば、ｎ形シリコン基板）を用いる場合に比べて、
電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。In this embodiment, the n-type silicon substrate 1 is used as the conductive substrate. The conductive substrate constitutes the negative electrode of the field emission type electron source 10 and has the above-mentioned strong electric field drift in vacuum. Supports layer 6, and
This is to inject electrons into the strong electric field drift layer 6. Therefore, the conductive substrate is not limited to the n-type silicon substrate, as long as it can constitute the negative electrode of the field emission electron source 10 and support the strong electric field drift layer 6.
A metal substrate such as chromium may be used, or a conductive film (for example, an ITO film) may be formed on one surface of an insulating substrate such as glass. When a substrate having a conductive film formed on one surface of a glass substrate is used, compared with a case where a semiconductor substrate (for example, an n-type silicon substrate) is used,
The area and cost of the electron source can be reduced.
【００２５】この電界放射型電子源１０においても、従
来例と同様、図７に示すように、表面電極７を真空中に
配置するとともに表面電極７に対向してコレクタ電極２
１を配置し、表面電極７をｎ形シリコン基板１（オーミ
ック電極２）に対して正極として直流電圧を印加すると
ともに、コレクタ電極２１を表面電極７に対して正極と
して直流電圧を印加することにより、ｎ形シリコン基板
１から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリフト
し表面電極７を通して放出される。したがって、表面電
極７としては、仕事関数の小さな材料を用いることが望
ましい。なお、この電界放射型電子源１０の基本構成お
よび基本動作については本願発明者らが既に特願平１０
−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号におい
て提案している。ここにおいて、強電界ドリフト層６は
各グレインの表面が多孔質化し各グレインの中心部分で
は結晶状態が維持されていると考えられる。In this field emission type electron source 10, as in the conventional example, as shown in FIG. 7, the surface electrode 7 is arranged in a vacuum and the collector electrode 2 is opposed to the surface electrode 7.
1, a DC voltage is applied to the surface electrode 7 as a positive electrode with respect to the n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2), and a DC voltage is applied to the collector electrode 21 as a positive electrode with respect to the surface electrode 7. Electrons injected from n-type silicon substrate 1 drift in strong electric field drift layer 6 and are emitted through surface electrode 7. Therefore, it is desirable to use a material having a small work function as the surface electrode 7. The basic configuration and basic operation of the field emission electron source 10 have already been disclosed by the present inventors in Japanese Patent Application No.
-272340 and Japanese Patent Application No. 10-272342. Here, it is considered that the surface of each grain of the strong electric field drift layer 6 is made porous, and the crystalline state is maintained in the central portion of each grain.
【００２６】ところで、本実施形態の電界放射型電子源
１０は、強電界ドリフト層６に、表面電極７と導電性基
板たるｎ形シリコン基板１との距離（強電界ドリフト層
６の厚み方向における距離）を小さくした電界集中用凹
部８が形成されている点に特徴がある。ここにおいて、
電界集中用凹部８は、断面Ｖ字状に形成されているが、
断面形状はＶ字状の形状に限定されるものではない。ま
た、上述の表面電極７は、電界集中用凹部８の内面上に
も当該内面に沿って形成されている。このため、強電界
ドリフト層６中の等電位面は図２中に一点鎖線で示した
ようになり、電界集中用凹部８近傍では、等電位面が電
界集中用凹部８の内面に沿う（つまり、強電界ドリフト
層６の表面に沿う）形になる。したがって、強電界ドリ
フト層６において電界集中用凹部８近傍では電界強度が
強くなるので、電界集中用凹部８が形成された領域での
電子放出効率が向上し、また、強電界ドリフト層６をド
リフトする電子ｅ-が表面電極７に近づくにつれて図２
中に矢印で示すように電界集中用凹部８近傍に集中し表
面電極７を通して放出されるので、電界集中用凹部８が
形成された領域での放射電流密度が大きくなる。要する
に、本実施形態の電界放射型電子源１０では、面内にお
いて上記電界集中用凹部８が形成された領域での電子放
出効率および放射電流密度を他の領域に比べて大きくす
ることができるのである。In the field emission type electron source 10 of the present embodiment, the distance between the surface electrode 7 and the n-type silicon substrate 1 as a conductive substrate (in the thickness direction of the strong electric field drift layer 6) It is characterized in that the electric field concentration concave portion 8 having a reduced distance) is formed. put it here,
The electric field concentration concave portion 8 is formed in a V-shaped cross section.
The cross-sectional shape is not limited to the V-shape. Further, the above-mentioned surface electrode 7 is also formed on the inner surface of the electric field concentration concave portion 8 along the inner surface. For this reason, the equipotential surface in the strong electric field drift layer 6 is as shown by a dashed line in FIG. 2, and near the electric field concentration concave portion 8, the equipotential surface is along the inner surface of the electric field concentration concave portion 8 (that is, Along the surface of the strong electric field drift layer 6). Therefore, in the strong electric field drift layer 6, the electric field intensity is increased near the electric field concentration concave portion 8, so that the electron emission efficiency in the region where the electric field concentration concave portion 8 is formed is improved, and the strong electric field drift layer 6 is drifted. As the electron e − approaches the surface electrode 7, FIG.
As shown by an arrow in the figure, the light is concentrated near the electric field concentration concave portion 8 and is emitted through the surface electrode 7, so that the radiation current density in the region where the electric field concentration concave portion 8 is formed increases. In short, in the field emission type electron source 10 of the present embodiment, the electron emission efficiency and the emission current density in the area where the electric field concentration concave portion 8 is formed in the plane can be increased as compared with other areas. is there.
【００２７】なお、本実施形態では、強電界ドリフト層
６を酸化された多孔質多結晶シリコン層により構成して
いるが、窒化された多孔質多結晶シリコンや、酸化若し
くは窒化された多孔質シリコン層により構成してもよ
い。In the present embodiment, the strong electric field drift layer 6 is constituted by an oxidized porous polycrystalline silicon layer. However, a nitrided porous polycrystalline silicon or an oxidized or nitrided porous silicon layer is used. It may be composed of layers.
【００２８】以下、図１の電界放射型電子源１０の製造
方法について図３を参照しながら説明する。Hereinafter, a method for manufacturing the field emission electron source 10 of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
【００２９】まず、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミ
ック電極２を形成した後、ｎ形シリコン基板１の主表面
上に所定膜厚（例えば、１．５μｍ）のノンドープの多
結晶シリコン層（多結晶シリコン薄膜）３を例えばＬＰ
ＣＶＤ法によって形成（成膜）することにより図３
（ａ）に示すような構造が得られる。なお、多結晶シリ
コン層３の成膜は、導電性基板が半導体基板（本実施形
態の例ではｎ形シリコン基板）の場合にはＬＰＣＶＤ法
の他にスパッタ法により行ってもよいし、あるいは、プ
ラズマＣＶＤ法によってアモルファスシリコンを成膜し
た後にアニール処理を行うことにより結晶化させて成膜
してもよい。また、導電性基板としてガラス基板に導電
性膜を形成した基板を用いる場合には、ＣＶＤ法により
導電性膜上にアモルファスシリコンを成膜した後にアニ
ールすることにより、多結晶シリコン層３を形成しても
よい。First, after an ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1, a non-doped polycrystalline silicon layer (poly-silicon) of a predetermined thickness (for example, 1.5 μm) is formed on the main surface of the n-type silicon substrate 1. Crystalline silicon thin film) 3
By forming (depositing) by the CVD method, FIG.
A structure as shown in FIG. When the conductive substrate is a semiconductor substrate (an n-type silicon substrate in the example of the present embodiment), the polycrystalline silicon layer 3 may be formed by a sputtering method other than the LPCVD method, or After forming an amorphous silicon film by a plasma CVD method, the film may be crystallized by performing an annealing treatment to form the film. In the case of using a glass substrate on which a conductive film is formed as a conductive substrate, amorphous silicon is formed on the conductive film by a CVD method, followed by annealing to form the polycrystalline silicon layer 3. You may.
【００３０】ノンドープの多結晶シリコン層３を形成し
た後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、ｎ
形シリコン基板１（オーミック電極２）を正極として、
多結晶シリコン層３に光照射を行いながら所定の条件で
陽極酸化処理を行うことによって、多孔質多結晶シリコ
ン層４が形成され図３（ｂ）に示すような構造が得られ
る。ここにおいて、本実施形態では、陽極酸化処理の条
件として、電流密度を一定として、陽極酸化処理中に５
００Ｗのタングステンランプにより多結晶シリコン層３
の表面に光照射を行い、多結晶シリコン層３の全部を多
孔質化しているが、多結晶シリコン層３の一部を多孔質
化するようにしてもよい。After the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed, an anodic oxidation treatment tank containing an electrolytic solution consisting of a mixture of a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol in a ratio of about 1: 1 is used. A platinum electrode (not shown) is connected to the negative electrode, n
Type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode
By performing anodizing treatment under predetermined conditions while irradiating the polycrystalline silicon layer 3 with light, a porous polycrystalline silicon layer 4 is formed, and a structure as shown in FIG. 3B is obtained. Here, in the present embodiment, as the conditions of the anodizing treatment, the current density is kept constant, and 5 times during the anodizing treatment.
Polycrystalline silicon layer 3 with a 00W tungsten lamp
Is irradiated on the surface to make the entire polycrystalline silicon layer 3 porous, but a part of the polycrystalline silicon layer 3 may be made porous.
【００３１】上述の陽極酸化処理が終了した後、多孔質
多結晶シリコン層４の表面に上記電界集中用凹部８（図
１参照）に対応する凹部を形成し、その後、急速熱酸化
技術によって多孔質多結晶シリコン層４の急速熱酸化を
行うことにより図３（ｃ）に示す構造が得られる。図３
（ｃ）における６は多孔質多結晶シリコン層４を急速熱
酸化によって酸化することにより形成された強電界ドリ
フト層を示し、８は上述の電界集中用凹部を示す。ここ
において、電界集中用凹部８に対応する凹部は、上記陽
極酸化処理後に空気中へ取り出された時に多孔質多結晶
シリコン層４の極表面に形成された自然酸化膜を、フッ
化水素水溶液によりエッチングすることによって形成し
ている。このエッチングを行うことによって、多孔質多
結晶シリコン層４の表面には、微細な凹凸構造が形成さ
れ、該凹凸構造における凹部が上記電界集中用凹部８に
対応する凹部になる。After the above-described anodic oxidation treatment is completed, a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion 8 (see FIG. 1) is formed on the surface of the porous polycrystalline silicon layer 4, and thereafter the porous polycrystalline silicon layer 4 is formed by a rapid thermal oxidation technique. By performing rapid thermal oxidation of the polycrystalline silicon layer 4, the structure shown in FIG. 3C is obtained. FIG.
6 (c) indicates a strong electric field drift layer formed by oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 by rapid thermal oxidation, and 8 indicates the above-described electric field concentration recess. Here, the concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion 8 is formed by removing the natural oxide film formed on the extreme surface of the porous polycrystalline silicon layer 4 when taken out into the air after the above-described anodic oxidation treatment by using a hydrogen fluoride aqueous solution. It is formed by etching. By performing this etching, a fine concavo-convex structure is formed on the surface of the porous polycrystalline silicon layer 4, and the concavity in the concavo-convex structure becomes a concavity corresponding to the electric field concentration concavity 8.
【００３２】なお、多孔質多結晶シリコン層４の酸化方
法としては、熱酸化法の他に、プラズマによる酸化方法
や電気化学的な（例えば酸による）酸化方法を用いても
よい。また、多孔質多結晶シリコン層４を酸化する代わ
りに、窒化するようにしてよい。いずれにしても、強電
界ドリフト層６では、多孔質多結晶シリコン層４の表面
に形成された上記凹部が上記電界集中用凹部８となる。The porous polycrystalline silicon layer 4 may be oxidized by a plasma oxidation method or an electrochemical (eg, acid) oxidation method in addition to the thermal oxidation method. Further, instead of oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4, nitriding may be performed. In any case, in the strong electric field drift layer 6, the concave portion formed on the surface of the porous polycrystalline silicon layer 4 becomes the electric field concentration concave portion 8.
【００３３】強電界ドリフト層６を形成した後は、強電
界ドリフト層６上に導電性薄膜よりなる表面電極７を例
えば蒸着法により形成することによって、図３（ｄ）に
示す構造の電界放射型電子源１０が得られる。本実施形
態では、表面電極７となる導電性薄膜を蒸着法により形
成しているが、導電性薄膜の形成方法はスパッタ法など
を用いてもよい。After the strong electric field drift layer 6 is formed, a surface electrode 7 made of a conductive thin film is formed on the strong electric field drift layer 6 by, for example, a vapor deposition method, so that the electric field emission of the structure shown in FIG. The type electron source 10 is obtained. In the present embodiment, the conductive thin film to be the surface electrode 7 is formed by a vapor deposition method, but the conductive thin film may be formed by a sputtering method or the like.
【００３４】上述の製造方法で製造された電界放射型電
子源１０は、本願発明者らが特願平１０−２７２３４０
号、特願平１０−２７２３４２号で提案した電界放射型
電子源と同様に、電子放出特性の真空度依存性が小さく
且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電
子を放出することができ、また、導電性基板として単結
晶シリコン基板などの半導体基板の他にガラス基板など
に導電性膜（例えば、ＩＴＯ膜）を形成した基板などを
使用することもできるから、スピント型電極に比べて、
電子源の大面積化および低コスト化が可能になる。The field emission electron source 10 manufactured by the above-described manufacturing method is disclosed by the present inventors in Japanese Patent Application No. Hei 10-272340.
As in the case of the field emission type electron source proposed in Japanese Patent Application No. Hei 10-272342, the electron emission characteristics have a small dependence on the degree of vacuum, and the electron emission can be stably emitted without generating a popping phenomenon. In addition, in addition to a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate as a conductive substrate, a substrate having a conductive film (eg, an ITO film) formed on a glass substrate or the like can be used. hand,
The area and cost of the electron source can be reduced.
【００３５】（実施例）実施形態１にて図３を参照しな
がら説明した電界放射型電子源１０の製造方法で以下の
条件により図１の電界放射型電子源１０を作成した。(Example) The field emission type electron source 10 of FIG. 1 was manufactured by the method of manufacturing the field emission type electron source 10 described in Embodiment 1 with reference to FIG. 3 under the following conditions.
【００３６】ｎ形シリコン基板１としては、抵抗率が
０．０１〜０．０２Ωｃｍ、厚さが５２５μｍの（１０
０）基板を用いた。多結晶シリコン層３（図３（ａ）参
照）の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行い、成膜条件は、
真空度を２０Ｐａ、基板温度を６４０℃、モノシランガ
スの流量を６００ｓｃｃｍとした。The n-type silicon substrate 1 has a resistivity of 0.01 to 0.02 Ωcm and a thickness of 525 μm (10
0) A substrate was used. The polycrystalline silicon layer 3 (see FIG. 3A) is formed by an LPCVD method.
The degree of vacuum was 20 Pa, the substrate temperature was 640 ° C., and the flow rate of the monosilane gas was 600 sccm.
【００３７】陽極酸化では電解液として、５５ｗｔ％の
フッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した
電解液を用いた。陽極酸化は、多結晶シリコン層３のう
ち表面の直径１０ｍｍの領域のみが電解液に触れるよう
にし、他の部分は電解液に接触しないようにシールを行
い、電解液中に白金電極を浸し、５００Ｗのタングステ
ンランプを用いて多結晶シリコン層３に一定の光パワー
で光照射を行いながら、白金電極を負極、ｎ形シリコン
基板１（オーミック電極２）を正極として所定の電流を
流した。ここに、陽極酸化時間を１０秒、電流密度を３
０ｍＡ／ｃｍ2で一定とした。In the anodic oxidation, an electrolytic solution obtained by mixing a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol at a ratio of about 1: 1 was used. The anodic oxidation is performed so that only the region of the surface of the polycrystalline silicon layer 3 having a diameter of 10 mm is in contact with the electrolytic solution, the other portions are sealed so as not to contact the electrolytic solution, and the platinum electrode is immersed in the electrolytic solution. While irradiating the polycrystalline silicon layer 3 with a constant light power using a 500 W tungsten lamp, a predetermined current was passed using the platinum electrode as the negative electrode and the n-type silicon substrate 1 (the ohmic electrode 2) as the positive electrode. Here, the anodic oxidation time was 10 seconds and the current density was 3
It was kept constant at 0 mA / cm 2 .
【００３８】多孔質ポリシリコン層４を急速熱酸化する
条件は、酸素ガスの流量を３００ｓｃｃｍ、酸化温度を
９００℃、酸化時間を１時間とした。また、表面電極７
としては、蒸着法によって形成した膜厚が１５ｎｍの金
薄膜を用いた。The conditions for rapid thermal oxidation of the porous polysilicon layer 4 were as follows: the flow rate of oxygen gas was 300 sccm, the oxidation temperature was 900 ° C., and the oxidation time was 1 hour. In addition, the surface electrode 7
A gold thin film having a thickness of 15 nm formed by a vapor deposition method was used.
【００３９】本実施例の電界放射型電子源１０を真空チ
ャンバ（図示せず）内に導入して、表面電極７と対向す
る位置に、表面電極との対向面に蛍光体が塗布されたコ
レクタ電極（図示せず）を配置し、真空チャンバ内の真
空度を５×１０-5Ｐａとして、表面電極７（正極）とオ
ーミック電極２（負極）との間に２０Ｖの直流電圧Ｖps
を印加するとともに、コレクタ電極と表面電極７との間
に１００Ｖの直流電圧Ｖｃを印加することによって、蛍
光体の発光が観測された。ここにおいて、蛍光体は面内
が均一に発光するのではなく、電界集中用凹部８に対応
する部分がスポット的に明るく発光した。The field emission type electron source 10 of this embodiment is introduced into a vacuum chamber (not shown), and a collector having a phosphor coated on a surface facing the surface electrode 7 is provided at a position facing the surface electrode 7. An electrode (not shown) is arranged, the degree of vacuum in the vacuum chamber is set to 5 × 10 −5 Pa, and a DC voltage Vps of 20 V is applied between the surface electrode 7 (positive electrode) and the ohmic electrode 2 (negative electrode).
Was applied, and a DC voltage Vc of 100 V was applied between the collector electrode and the surface electrode 7, whereby light emission of the phosphor was observed. Here, the phosphor did not emit light uniformly in the plane, but emitted light in a spot-like manner at the portion corresponding to the concave portion 8 for electric field concentration.
【００４０】ところで、上述の製造方法では、多孔質多
結晶シリコン層４の極表面に形成された自然酸化膜をフ
ッ化水素水溶液によりエッチングすることによって、多
孔質多結晶シリコン層４の表面に、電界集中用凹部８に
対応する凹部を形成していたが、多孔質多結晶シリコン
層４の表面をサンドブラスト法によりエッチングするこ
とによって電界集中用凹部８に対応する凹部を含む微細
な凹凸構造を形成するようにしてもよいし、多孔質多結
晶シリコン層４の表面を機械的に研磨することによって
電界集中用凹部８に対応する凹部を含む微細な凹凸構造
を形成するようにしてもよい。In the above-described manufacturing method, the natural oxide film formed on the outer surface of the porous polycrystalline silicon layer 4 is etched with an aqueous hydrogen fluoride solution, so that the surface of the porous polycrystalline silicon layer 4 is Although the concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion 8 was formed, a fine uneven structure including the concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion 8 was formed by etching the surface of the porous polycrystalline silicon layer 4 by sandblasting. Alternatively, the surface of the porous polycrystalline silicon layer 4 may be mechanically polished to form a fine uneven structure including a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion 8.
【００４１】（実施形態２）図４に本実施形態の電界放
射型電子源１０を利用したディスプレイの一例を示す。
図４に示すディスプレイの基本構成は図８に示したディ
スプレイと略同じであり、電界放射型電子源１０におけ
る強電界ドリフト層６に、電界集中用凹部８が形成され
ている点が相違する。なお、本実施形態の電界放射型電
子源１０の基本構成は図１に示した実施形態１と略同じ
なので、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を
付して説明を省略する。(Embodiment 2) FIG. 4 shows an example of a display using the field emission type electron source 10 of this embodiment.
The basic configuration of the display shown in FIG. 4 is substantially the same as that of the display shown in FIG. 8, except that a concave portion 8 for electric field concentration is formed in the strong electric field drift layer 6 in the field emission electron source 10. Note that the basic configuration of the field emission electron source 10 of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. .
【００４２】図４に示すディスプレイは、図８に示した
従来構成と同様、電界放射型電子源１０の表面電極７に
対向配置されるガラス基板３３を備え、ガラス基板３３
の電界放射型電子源１０と対向する面にはストライプ状
にコレクタ電極３１が形成され、表面電極７から放射さ
れる電子線によって可視光を発光する蛍光体層３２がコ
レクタ電極３１を覆うように形成されている。ここに、
表面電極７はストライプ状に形成されている。なお、電
界放射型電子源１０とガラス基板３３との間の空間は真
空にしてある。The display shown in FIG. 4 includes a glass substrate 33 arranged opposite to the surface electrode 7 of the field emission type electron source 10 similarly to the conventional configuration shown in FIG.
A collector electrode 31 is formed in a stripe shape on a surface facing the field emission electron source 10 so that a phosphor layer 32 that emits visible light by an electron beam emitted from the surface electrode 7 covers the collector electrode 31. Is formed. here,
The surface electrode 7 is formed in a stripe shape. The space between the field emission electron source 10 and the glass substrate 33 is evacuated.
【００４３】このディスプレイでは、表面電極７をスト
ライプ状に形成するとともに、コレクタ電極３１を表面
電極７に直交するストライプ状に形成しておき、コレク
タ電極３１および表面電極７を適宜選択して電圧（電
界）を印加することにより、電圧を印加した表面電極７
からのみ電子が放出される。そして、放出された電子
は、当該電子が放出された表面電極７において対向する
コレクタ電極３１に電圧が印加されている領域から放出
された電子だけが加速され、該コレクタ電極３１を覆う
蛍光体を光らせる。In this display, the surface electrode 7 is formed in a stripe shape, and the collector electrode 31 is formed in a stripe shape orthogonal to the surface electrode 7, and the collector electrode 31 and the surface electrode 7 are appropriately selected and a voltage ( By applying an electric field, the surface electrode 7 to which a voltage is applied
Only electrons are emitted from. In the emitted electrons, only the electrons emitted from the region where the voltage is applied to the opposing collector electrode 31 in the surface electrode 7 from which the electrons are emitted are accelerated, and the phosphor covering the collector electrode 31 is accelerated. Shine.
【００４４】要するに、図４に示す構成のディスプレイ
では、特定の表面電極７と特定のコレクタ電極３１とに
電圧を印加することにより、蛍光体層３２のうち上記電
圧が印加された両電極７，３１の交差する領域に対応す
る部分を光らせることができる。そして、電圧を印加す
る表面電極７およびコレクタ電極３１を適宜切り替える
ことにより、画像や文字などを表示することが可能にな
る。In short, in the display having the structure shown in FIG. 4, by applying a voltage to the specific surface electrode 7 and the specific collector electrode 31, both electrodes 7, 7 of the phosphor layer 32 to which the above voltage is applied are applied. The portion corresponding to the area where 31 intersects can be illuminated. By appropriately switching the surface electrode 7 and the collector electrode 31 to which a voltage is applied, images, characters, and the like can be displayed.
【００４５】なお、蛍光体層３２は、上記従来構成と同
様、図９に示すように、画素ごとに３色（赤、緑、青）
の蛍光体領域３４がストライプ状に設けられており、各
画素および各画素内の蛍光体領域３４がブラックストラ
イプと呼ばれる黒色パターンよりなる分離帯３５により
分離されている。The phosphor layer 32 has three colors (red, green, and blue) for each pixel as shown in FIG.
Are provided in a stripe shape, and each pixel and the phosphor region 34 in each pixel are separated by a separation band 35 formed of a black pattern called a black stripe.
【００４６】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
上記電界集中用凹部８が、ディスプレイの各画素に対応
付けて設けられている点に特徴がある。すなわち、上記
電界集中用凹部８は、蛍光体領域３４に対応する部分に
のみ設けられ、分離帯３５に対応する部分には設けない
ようにしてある。In the field emission type electron source 10 of this embodiment,
It is characterized in that the electric field concentration concave portion 8 is provided in association with each pixel of the display. That is, the electric field concentration recess 8 is provided only in the portion corresponding to the phosphor region 34 and is not provided in the portion corresponding to the separation band 35.
【００４７】しかして、電界放射型電子源１０から放射
された電子が蛍光体領域３４に集中することになるの
で、従来構成に比べて消費電力を増やすことなしに、輝
度の高いディスプレイを実現することができる。Since the electrons emitted from the field emission type electron source 10 are concentrated on the phosphor region 34, a display with high luminance can be realized without increasing power consumption as compared with the conventional configuration. be able to.
【００４８】本実施形態の電界放射型電子源１０の製造
方法は、実施形態１で説明した製造方法と略同じであっ
て、電界集中用凹部８に対応する凹部の形成方法が相違
するだけである。本実施形態の製造方法では、実施形態
１と同様にして多結晶シリコン層３に陽極酸化処理を施
すことにより多孔質多結晶シリコン層４を形成した後、
多孔質多結晶シリコン層４上にフォトレジストを塗布
し、電界集中用凹部８に対応する凹部を形成するために
フォトレジストをパターニングする。その後、該パター
ニングされたフォトレジスト層をマスクとしてウェット
エッチングを行うことにより、電界集中用凹部８に対応
する凹部を形成する。次に、フォトレジスト層を除去し
た後に、実施形態１と同様に、急速熱酸化技術によって
多孔質多結晶シリコン層４の急速熱酸化を行う。The method of manufacturing the field emission type electron source 10 of the present embodiment is substantially the same as the manufacturing method described in the first embodiment, except that the method of forming the concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion 8 is different. is there. In the manufacturing method according to the present embodiment, the porous polycrystalline silicon layer 4 is formed by subjecting the polycrystalline silicon layer 3 to anodic oxidation treatment in the same manner as in the first embodiment.
A photoresist is applied on the porous polycrystalline silicon layer 4, and the photoresist is patterned to form a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion 8. Thereafter, wet etching is performed using the patterned photoresist layer as a mask to form a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion 8. Next, after removing the photoresist layer, the rapid thermal oxidation of the porous polycrystalline silicon layer 4 is performed by the rapid thermal oxidation technique as in the first embodiment.
【００４９】ところで、上記フォトレジスト層のパター
ニングにあたって、位相の揃った二本の光束を干渉させ
ることにより形成される光の強弱パターンにより多孔質
多結晶シリコン層４上の全面に塗布されたフォトレジス
トを露光することによって、大面積にわたって短時間で
露光することが可能になり、スループットが向上する。
このようなパターニングにあたっては、まず、レーザ光
をビームスプリッタによって二本の光束に分け、図５
（ａ）に示すようにフォトレジスト層３０上で二本の光
束を干渉させることにより形成される縞状の光の強弱パ
ターンによりフォトレジスト層３０を露光する（図５
（ａ）において斜線が施された部分は上記強弱パターン
の強パターンに対応している）。続いて、レーザを照射
する方向を９０°回転し、図５（ｂ）に示すようにフォ
トレジスト層３０上で二本の光束を干渉させることによ
り形成される縞状の光の強弱パターンによりフォトレジ
スト層３０を露光する（図５（ｂ）において斜線が施さ
れた部分は上記強弱パターンの強パターンに対応してい
る）。そして、現像処理を行うことによって図５（ｃ）
に示すように格子状にパターニングされたフォトレジス
ト層３０が得られる。なお、この場合のフォトレジスト
としてはネガ型のものを用いている。In patterning the photoresist layer, the photoresist applied over the entire surface of the porous polycrystalline silicon layer 4 by a pattern of light intensity formed by interfering two light beams having the same phase. Exposure enables exposure in a short time over a large area, and the throughput is improved.
In such patterning, first, the laser beam is split into two light beams by a beam splitter, and FIG.
As shown in FIG. 5A, the photoresist layer 30 is exposed to light by a pattern of stripes of light formed by interfering two light beams on the photoresist layer 30 (FIG. 5).
(The shaded portions in (a) correspond to the strong patterns of the strong and weak patterns). Subsequently, the direction of laser irradiation is rotated by 90 °, and as shown in FIG. 5 (b), a photo pattern is formed by a strong and weak pattern of striped light formed by interfering two light beams on the photoresist layer 30. The resist layer 30 is exposed (the shaded portions in FIG. 5B correspond to the strong patterns described above). Then, by performing the development processing, FIG.
As a result, a photoresist layer 30 patterned in a lattice pattern is obtained as shown in FIG. In this case, a negative type photoresist is used.
【００５０】[0050]
【発明の効果】請求項１の発明は、導電性基板と、導電
性基板の一表面側に形成された酸化若しくは窒化された
多孔質半導体層よりなる強電界ドリフト層と、強電界ド
リフト層上に形成された導電性薄膜よりなる表面電極と
を備え、表面電極を導電性基板に対して正極として電圧
を印加することにより、導電性基板から注入された電子
が強電界ドリフト層をドリフトし表面電極を通して放出
される電界放射型電子源であって、強電界ドリフト層
に、表面電極と導電性基板との距離を小さくした電界集
中用凹部が形成されたものであるから、強電界ドリフト
層において電界集中用凹部近傍では電界強度が強くなる
ので、電界集中用凹部が形成された領域での電子放出効
率が向上し、また、強電界ドリフト層をドリフトする電
子が表面電極に近づくにつれて電界集中用凹部近傍に集
中し表面電極を通して放出されるので、電界集中用凹部
が形成された領域での放射電流密度が大きくなるという
効果がある。According to the first aspect of the present invention, there is provided a conductive substrate, a strong electric field drift layer formed of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and A surface electrode made of a conductive thin film formed on the substrate, and by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive substrate, electrons injected from the conductive substrate drift in the strong electric field drift layer and A field emission type electron source emitted through an electrode, in which a strong electric field drift layer is formed with a concave portion for electric field concentration in which a distance between a surface electrode and a conductive substrate is reduced. Since the electric field intensity is high in the vicinity of the electric field concentration concave portion, the electron emission efficiency in the region where the electric field concentration concave portion is formed is improved, and electrons drifting in the strong electric field drift layer approach the surface electrode. Since it emitted through concentrated surface electrode in a recess near a field concentration brought to an effect that emission current density at the electric field concentration recess is formed region increases.
【００５１】請求項５の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成
した後、多孔質半導体層の極表面を酸化し、その後、多
孔質半導体層の極表面の酸化された部分を除去すること
により上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、そ
の後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することによ
り上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を
形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形成
するので、電界集中用凹部が形成された特定の領域にお
ける放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放射
型電子源を提供することができるという効果がある。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and at least a part of the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making it porous, the extreme surface of the porous semiconductor layer is oxidized, and then, the oxidized portion of the extreme surface of the porous semiconductor layer is removed to remove the above-mentioned electric field concentration. A concave portion corresponding to the concave portion is formed, and thereafter, the porous semiconductor layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the electric field concentration concave portion, and then a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. Since it is formed, there is an effect that it is possible to provide a field emission type electron source in which the emission current density in a specific region where the electric field concentration concave portion is formed is higher than in other regions.
【００５２】請求項６の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成
した後、多孔質半導体層の表面にサンドブラスト法によ
り上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、その
後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することにより
上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層を形
成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
るので、電界集中用凹部が形成された特定の領域におけ
る放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放射型
電子源を提供することができるという効果がある。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate and at least a part of the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making it porous, a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion is formed on the surface of the porous semiconductor layer by a sandblast method, and then the porous semiconductor layer is oxidized or nitrided. By forming a strong electric field drift layer provided with the electric field concentration concave portion, and then forming a surface electrode on the strong electric field drift layer, the radiation current density in a specific region where the electric field concentration concave portion is formed is reduced. There is an effect that it is possible to provide a field emission electron source that is higher than other regions.
【００５３】請求項７の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体
層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくと
も一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成
した後、多孔質半導体層の表面に機械的な研磨を行うこ
とにより上記電界集中用凹部に対応する凹部を形成し、
その後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化することに
より上記電界集中用凹部が設けられた強電界ドリフト層
を形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面電極を形
成するので、電界集中用凹部が形成された特定の領域に
おける放射電流密度が他の領域に比べて高くなる電界放
射型電子源を提供することができるという効果がある。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the method of manufacturing a field emission type electron source according to the first aspect, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate and at least a part of the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making it porous, a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion is formed by mechanically polishing the surface of the porous semiconductor layer,
Thereafter, the porous semiconductor layer is oxidized or nitrided to form a strong electric field drift layer provided with the electric field concentration concave portion, and then a surface electrode is formed on the strong electric field drift layer. There is an effect that it is possible to provide a field emission type electron source in which the emission current density in the formed specific region is higher than in other regions.
【００５４】請求項８の発明は、請求項１または請求項
２記載の電界放射型電子源の製造方法であって、導電性
基板上に半導体層を形成し、陽極酸化処理にて上記半導
体層の少なくとも一部を多孔質化することにより多孔質
半導体層を形成した後、上記電界集中用凹部を形成する
ために所定形状にパターニングされたフォトレジスト層
を多孔質半導体層上に形成し、その後、該フォトレジス
ト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチング
することにより多孔質半導体層の表面に上記電界集中用
凹部に対応する凹部を形成した後、多孔質半導体層を酸
化若しくは窒化することにより上記電界集中用凹部が設
けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電界ド
リフト層上に表面電極を形成するので、電界集中用凹部
が形成された特定の領域における放射電流密度が他の領
域に比べて高くなる電界放射型電子源を提供することが
でき、しかも、所定形状にパターニングされたフォトレ
ジスト層をマスクとして多孔質半導体層の一部をエッチ
ングすることにより電界集中用凹部に対応する凹部を形
成していることにより、請求項１記載の電界放射型電子
源により各画素を発光させるディスプレイに用いる場合
に、ディスプレイの各画素に対応付けて電界集中用凹部
を形成することができるという効果がある。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a field emission type electron source according to the first or second aspect, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making at least a part of the porous, a photoresist layer patterned into a predetermined shape to form the electric field concentration concave portion is formed on the porous semiconductor layer, and then Forming a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion on the surface of the porous semiconductor layer by etching a part of the porous semiconductor layer using the photoresist layer as a mask, and then oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer This forms the strong electric field drift layer provided with the electric field concentration concave portion, and then forms the surface electrode on the strong electric field drift layer. It is possible to provide a field emission type electron source in which the emission current density in one region is higher than that in another region, and further, a part of the porous semiconductor layer is etched using a photoresist layer patterned into a predetermined shape as a mask. The concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion is thereby formed, so that when used in a display in which each pixel emits light by the field emission type electron source according to claim 1, the electric field concentration corresponds to each pixel of the display. There is an effect that a concave portion for use can be formed.
【００５５】請求項９の発明は、請求項８の発明におい
て、上記フォトレジスト層のパターニングにあたって、
位相の揃った二本の光束を干渉させることにより形成さ
れる光の強弱パターンによって、多孔質半導体層上の全
面に塗布されたフォトレジストを露光するので、大面積
にわたって短時間で露光することが可能になり、スルー
プットが向上するという効果がある。According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect of the present invention, when patterning the photoresist layer,
Since the photoresist applied to the entire surface of the porous semiconductor layer is exposed by the light intensity pattern formed by interfering two light beams having the same phase, the exposure can be performed in a short time over a large area. This makes it possible to improve the throughput.
【図１】実施形態１を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view showing a first embodiment.
【図２】同上の動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory view of the above.
【図３】同上の製造方法を説明するための主要工程断面
図である。FIG. 3 is a main process sectional view for explaining the manufacturing method of the above.
【図４】実施形態２を示し、本発明の電界放射型電子源
を利用したディスプレイの概略構成図である。FIG. 4 is a schematic view showing a configuration of a display using a field emission electron source according to a second embodiment of the present invention.
【図５】同上における電界放射型電子源の製造方法の一
例の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an example of the method for manufacturing the field emission electron source in the above.
【図６】従来例を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a conventional example.
【図７】同上の特性測定原理の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a principle of measuring characteristics according to the first embodiment;
【図８】他の従来例を示し、ディスプレイの概略構成図
である。FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a display, showing another conventional example.
【図９】同上における蛍光体層の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a phosphor layer in Embodiment 1;
１ ｎ形シリコン基板 ２ オーミック電極 ６ 強電界ドリフト層 ７ 表面電極 ８ 電界集中用凹部 １０ 電界放射型電子源 REFERENCE SIGNS LIST 1 n-type silicon substrate 2 ohmic electrode 6 strong electric field drift layer 7 surface electrode 8 electric field concentration recess 10 field emission electron source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相澤 浩一 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 本多 由明 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Koichi Aizawa 1048 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Works, Ltd. Inside
Claims (11)
形成された酸化若しくは窒化された多孔質半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表面電極を
導電性基板に対して正極として電圧を印加することによ
り、導電性基板から注入された電子が強電界ドリフト層
をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型電
子源であって、強電界ドリフト層に、表面電極と導電性
基板との距離を小さくした電界集中用凹部が形成されて
なることを特徴とする電界放射型電子源。1. A conductive substrate, a strong electric field drift layer made of an oxidized or nitrided porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer A surface electrode comprising a surface electrode, and applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive substrate, so that electrons injected from the conductive substrate drift in the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. A field emission type electron source, comprising: a strong electric field drift layer, wherein a concave portion for electric field concentration in which a distance between a surface electrode and a conductive substrate is reduced is formed.
各画素を発光させるディスプレイに用い、上記電界集中
用凹部は、ディスプレイの各画素に対応付けて設けられ
てなることを特徴とする電界放射型電子源。2. An electric field used for a display in which each pixel emits light by the field emission type electron source according to claim 1, wherein the electric field concentration recess is provided in correspondence with each pixel of the display. Emissive electron source.
層よりなることを特徴とする請求項１または請求項２記
載の電界放射型電子源。3. The field emission type electron source according to claim 1, wherein said porous semiconductor layer comprises a porous silicon layer.
リコン層よりなることを特徴とする請求項１または請求
項２記載の電界放射型電子源。4. The field emission type electron source according to claim 1, wherein said porous semiconductor layer comprises a porous polycrystalline silicon layer.
方法であって、導電性基板上に半導体層を形成し、陽極
酸化処理にて上記半導体層の少なくとも一部を多孔質化
することにより多孔質半導体層を形成した後、多孔質半
導体層の極表面を酸化し、その後、多孔質半導体層の極
表面の酸化された部分を除去することにより上記電界集
中用凹部に対応する凹部を形成し、その後、多孔質半導
体層を酸化若しくは窒化することにより上記電界集中用
凹部が設けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、
強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴と
する電界放射型電子源の製造方法。5. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and at least a part of the semiconductor layer is made porous by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by this, the extreme surface of the porous semiconductor layer is oxidized, and then the oxidized part of the extreme surface of the porous semiconductor layer is removed to thereby form the concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion. To form a strong electric field drift layer provided with the electric field concentration concave portion by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer,
A method for manufacturing a field emission electron source, comprising forming a surface electrode on a strong electric field drift layer.
方法であって、導電性基板上に半導体層を形成し、陽極
酸化処理にて上記半導体層の少なくとも一部を多孔質化
することにより多孔質半導体層を形成した後、多孔質半
導体層の表面にサンドブラスト法により上記電界集中用
凹部に対応する凹部を形成し、その後、多孔質半導体層
を酸化若しくは窒化することにより上記電界集中用凹部
が設けられた強電界ドリフト層を形成し、次いで、強電
界ドリフト層上に表面電極を形成することを特徴とする
電界放射型電子源の製造方法。6. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and at least a part of the semiconductor layer is made porous by anodizing. After forming the porous semiconductor layer, a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion is formed on the surface of the porous semiconductor layer by sandblasting, and then the electric field concentration is performed by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer. A method for manufacturing a field emission type electron source, comprising: forming a strong electric field drift layer provided with a concave portion for use; and then forming a surface electrode on the strong electric field drift layer.
方法であって、導電性基板上に半導体層を形成し、陽極
酸化処理にて上記半導体層の少なくとも一部を多孔質化
することにより多孔質半導体層を形成した後、多孔質半
導体層の表面に機械的な研磨を行うことにより上記電界
集中用凹部に対応する凹部を形成し、その後、多孔質半
導体層を酸化若しくは窒化することにより上記電界集中
用凹部が設けられた強電界ドリフト層を形成し、次い
で、強電界ドリフト層上に表面電極を形成することを特
徴とする電界放射型電子源の製造方法。7. The method for manufacturing a field emission type electron source according to claim 1, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and at least a part of the semiconductor layer is made porous by an anodizing treatment. After forming the porous semiconductor layer by this, a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion is formed by mechanically polishing the surface of the porous semiconductor layer, and thereafter, the porous semiconductor layer is oxidized or nitrided. Forming a strong electric field drift layer provided with the concave portion for electric field concentration, and then forming a surface electrode on the strong electric field drift layer.
型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体層
を形成し、陽極酸化処理にて上記半導体層の少なくとも
一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成し
た後、上記電界集中用凹部を形成するために所定形状に
パターニングされたフォトレジスト層を多孔質半導体層
上に形成し、その後、該フォトレジスト層をマスクとし
て多孔質半導体層の一部をエッチングすることにより多
孔質半導体層の表面に上記電界集中用凹部に対応する凹
部を形成した後、多孔質半導体層を酸化若しくは窒化す
ることにより上記電界集中用凹部が設けられた強電界ド
リフト層を形成し、次いで、強電界ドリフト層上に表面
電極を形成することを特徴とする電界放射型電子源の製
造方法。8. The method for manufacturing a field emission type electron source according to claim 1, wherein a semiconductor layer is formed on a conductive substrate, and at least a part of the semiconductor layer is formed by anodizing. After forming the porous semiconductor layer by making it porous, a photoresist layer patterned into a predetermined shape is formed on the porous semiconductor layer in order to form the electric field concentration recess, and thereafter, the photoresist layer is formed. After forming a concave portion corresponding to the electric field concentration concave portion on the surface of the porous semiconductor layer by etching a part of the porous semiconductor layer using as a mask, the electric field concentration is performed by oxidizing or nitriding the porous semiconductor layer. A method for manufacturing a field emission type electron source, comprising: forming a strong electric field drift layer provided with a concave portion for use; and then forming a surface electrode on the strong electric field drift layer.
あたって、位相の揃った二本の光束を干渉させることに
より形成される光の強弱パターンによって、多孔質半導
体層上の全面に塗布されたフォトレジストを露光するこ
とを特徴とする請求項８記載の電界放射型電子源の製造
方法。9. When patterning the photoresist layer, the photoresist applied to the entire surface of the porous semiconductor layer is exposed by a light intensity pattern formed by interfering two light beams having the same phase. The method for manufacturing a field emission type electron source according to claim 8, wherein
ン層よりなることを特徴とする請求項５ないし請求項９
のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法。10. The porous semiconductor layer is made of a porous silicon layer.
The method for manufacturing a field emission electron source according to any one of the above.
シリコン層よりなることを特徴とする請求項５ないし請
求項９のいずれかに記載の電界放射型電子源の製造方
法。11. The method according to claim 5, wherein the porous semiconductor layer comprises a porous polycrystalline silicon layer.
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