JP2001068012A - 電界放射型電子源およびその製造方法 - Google Patents
電界放射型電子源およびその製造方法Info
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Abstract
電界放射型電子源およびその製造方法を提供する。 【解決手段】強電界ドリフト部6は、導電性基板たるn
形シリコン基板1の厚み方向に沿った埋込穴63が形成
され高熱伝導性を有する放熱部62と、埋込穴63に充
填され上記電子がドリフトするドリフト部61とからな
る。放熱部62は、n形シリコン基板1の一部により構
成されており、n形シリコン基板1の厚み方向に直交す
る断面が格子状に形成されている。ドリフト部61は、
粒径がナノメータサイズの導電性微粒子と導電性微粒子
の表面を覆う絶縁膜とからなる粒子の集合からなる。上
記導電性微粒子として、粒径が略10nmのカーボンを
採用し、上記絶縁膜としては、高分子樹脂のような有機
物を採用している。
Description
て電界放射により電子線を放射するようにした加熱を必
要としない電界放射型電子源およびその製造方法に関
し、特に平面型光源、フラットディスプレイ素子、固体
真空デバイスなどに応用することのできる電界放射型電
子源およびその製造方法に関するものである。
えば米国特許3665241号などに開示されているい
わゆるスピント(Spindt)型電極と呼ばれるものがあ
る。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタ
チップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部
を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに
対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真
空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として
高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端か
ら放射孔を通して電子線を放射するものである。
ロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッ
タチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面
発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化
が難しいという問題があった。また、スピント型電極
は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミ
ッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存
在するような場合、放射された電子によって残留ガスが
プラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタ
チップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端が
ダメージ(例えば、イオン衝撃による損傷)を受け、放
射される電子の電流密度や効率などが不安定になった
り、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問
題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種
の問題の発生を防ぐために、高真空(10−5Pa〜1
0−6Pa)で使用する必要があり、コストが高くなる
とともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。
(Metal Insulator Metal)方式やMOS(Metal Oxid
e Semiconductor)型の電界放射型電子源が提案されて
いる。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜
−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源
である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源
において電子の放出効率を高めるためには(多くの電子
を放射させるためには)、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜
厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の
膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に
電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、この
ような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸
化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率
(引き出し効率)をあまり高くできないという不具合が
あった。
号公報に開示されているように、シリコン基板などの単
結晶の半導体基板を用い、その半導体基板の主表面側の
全面を陽極酸化することにより多孔質半導体層(例え
ば、ポーラスシリコン層)を形成して、その多孔質半導
体層上に金属薄膜よりなる表面電極を形成し、半導体基
板と表面電極との間に電圧を印加して電子を放射させる
ように構成した電界放射型電子源(半導体冷電子放出素
子)が提案されている。
特開平8−250766号公報に記載の電界放射型電子
源では、電子放出時にいわゆるポッピング現象が発生し
やすいという不具合がある。電子放出時にポッピング現
象が発生する電界放射型電子源では、放出電子量にむら
が起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイ装置
などに応用した場合に、発光むらができてしまうという
不具合がある。
上述の特開平8−250766号公報に記載の電界放射
型電子源では、単結晶シリコン基板の主表面側の全面を
多孔質化することにより形成された多孔質シリコン層が
電子の注入される強電界ドリフト層を構成しているの
で、強電界ドリフト層の熱伝導率がn形シリコン基板1
よりも低くて電界放射型電子源の断熱性が高く、電圧が
印加され電流が流れた場合の基板温度の上昇が比較的大
きいという知見を得た。さらに、該温度上昇により電子
が熱的に励起されるとともに単結晶半導体基板の抵抗が
下がり、電子の放出量が増えるので、これにより電子放
出時にポッピング現象が生じやすく、放出電子量にむら
が起こりやすいとの知見を得た。
あり、その目的は、電子を安定して高効率で放出できる
低コストの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。
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強電界ドリフト部と、該強電界ドリ
フト部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直流電
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
が強電界ドリフト部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、強電界ドリフト部
は、導電性基板の厚み方向に沿った埋込穴が形成され高
熱伝導性を有する放熱部と、埋込穴に充填され上記電子
がドリフトするドリフト部とからなり、ドリフト部は、
粒径がナノメータサイズの導電性微粒子と、導電性微粒
子の表面を覆う絶縁膜とからなることを特徴とするもの
であり、強電界ドリフト部では導電性基板から注入され
た電子が導電性微粒子に衝突せずに絶縁膜に印加されて
いる電界で加速されてドリフトし、ドリフト部で発生し
た熱が放熱部を通して放熱されるので、電子放出時にポ
ッピング現象が発生せず安定して高効率で電子を放出す
ることができる。
て、上記導電性基板および上記放熱部が、それぞれシリ
コンよりなるので、上記導電性基板および上記放熱部を
1枚のシリコン基板から構成することができる。
て、上記放熱部が、ポリシリコン若しくはアモルファス
シリコンよりなるので、導電性基板としてシリコン基板
の他にガラス基板などに導電性膜を形成した基板などを
使用することができるから、従来のように半導体基板を
多孔質化した多孔質半導体層を利用する場合やスピント
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。
て、上記導電性基板が、絶縁性基板と絶縁性基板の一表
面上に形成された導電性膜とからなり、ドリフト部が、
導電性膜上に形成されているので、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を用いる場合に比べ
て大面積化および低コスト化が可能となる。
4の発明において、上記導電性微粒子がシリコンよりな
ることを特徴とする。
4の発明において、上記導電性微粒子がカーボンよりな
ることを特徴とする。
4の発明において、上記導電性微粒子が金属よりなるこ
とを特徴とする。
射型電子源の製造方法であって、導電性基板の一表面上
に高熱伝導性を有する高熱伝導層を形成した後、高熱伝
導層上に所定形状のマスク材料層を形成し、該マスク材
料層をマスクとして異方性エッチングによって高熱伝導
層のうち上記導電性膜に重複する部位へ上記埋込穴を開
孔することにより高熱伝導層からなる上記放熱部を形成
し、その後、表面が絶縁膜により覆われた上記導電性微
粒子を上記埋込穴へ充填して上記ドリフト部を形成し、
次いで、上記ドリフト部と上記放熱部とからなる強電界
ドリフト部上に導電性薄膜よりなる表面電極を形成する
ことを特徴とし、上記マスク材料層のパターンによって
ドリフト部と放熱部とのパターン形状を制御することが
でき、電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して
高効率で電子を放出することが可能な電界放射型電子源
を低コストで実現することができる。
て、上記絶縁膜を、マイクロカプセルの形成方法を利用
して上記導電性微粒子の表面を覆うように形成するの
で、上記埋込穴への表面が絶縁膜により覆われた上記導
電性微粒子の充填率を高めることが可能になる。
の電界放射型電子源10の概略構成図を、図2および図
3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、抵抗率が略0.1Ωcmの(10
0)基板)を用いている。
1に示すように、n形シリコン基板1の主表面側に強電
界ドリフト部6が形成され、強電界ドリフト部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。
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(図示せず)を配置し、表面電極7をオーミ
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
強電界ドリフト部6へ注入された電子が強電界ドリフト
部6をドリフトし表面電極7を通して放出される。ここ
において、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と称し、コレクタ電極と表面電
極7との間に流れる電流を放出電子電流と称し、ダイオ
ード電流に対する放出電子電流が大きいほど電子の放出
効率が高くなる。なお、本実施形態の電界放射型電子源
10では、表面電極7とオーミック電極2との間の直流
電圧を10〜20V程度の低電圧としても電子を放出さ
せることができる。
は、導電性基板たるn形シリコン基板1の厚み方向に沿
った埋込穴63が形成され高熱伝導性を有する放熱部6
2と、埋込穴63に充填され上記電子がドリフトするド
リフト部61とからなる。ここにおいて、放熱部62
は、n形シリコン基板1の一部により構成されており、
n形シリコン基板1の厚み方向に直交する断面が格子状
(網目状)に形成されている。要するに、ドリフト部6
1は、放熱部62の網目の中に満たされており、n形シ
リコン基板1の厚み方向に平行な角柱状に形成されてい
る。なお、放熱部62はドリフト部61よりも熱伝導性
が良い。
メータサイズの導電性微粒子と、導電性微粒子の表面を
覆う絶縁膜とからなる。すなわち、ドリフト部61は、
表面を上記導電性微粒子の粒径よりも小さな膜厚の絶縁
膜により覆われた上記導電性微粒子の集合からなる。こ
こにおいて、本実施形態では、上記導電性微粒子とし
て、粒径が略10nmのカーボン(炭素)を採用してい
るが、シリコンや金属(例えば、チタン、クロム、ニッ
ケル、鉄、コバルト、銅、銀、亜鉛、モリブデン、タン
グステン、イリジウム、白金、金、錫、アンチモンな
ど)を採用してもよい。また、上記絶縁膜としては、高
分子樹脂のような有機物を採用している。
コン基板1から注入された電子が導電性微粒子に衝突せ
ずに絶縁膜に印加されている電界で加速されてドリフト
し、ドリフト部61で発生した熱が放熱部62を通して
放熱されるので、電子放出時にポッピング現象が発生せ
ず安定して高効率で電子を放出することができる。
n形シリコン基板1(抵抗率が0.1Ωcmの(10
0)基板)を用いているが、導電性基板はn形シリコン
基板に限定されるものではなく、例えば、ガラス基板な
どの絶縁性基板の一表面上に導電性膜(クロム膜やIT
O膜)を形成した基板や、金属基板などを用いてもよ
く、n形シリコン基板1などの半導体基板を用いる場合
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。なお、本実施形態では表面電極7を金薄膜により構
成しているが、表面電極7の材料は金に限定されるもの
ではなく、仕事関数の小さな材料であればよい。また、
表面電極7は、厚み方向に積層された少なくとも二層の
薄膜電極層により構成してもよい。二層の薄膜電極層に
より構成する場合には、上層の薄膜電極層の材料として
例えば金などを採用し、下層の薄膜電極層(強電界ドリ
フト部6側の薄膜電極層)の材料として例えば、クロ
ム、ニッケル、白金、チタン、イリジウムなどを採用す
ればよい。
方法について図2および図3を参照しながら説明する。
ック電極2を形成することによって、図2(a)に示す
構造が得られる。その後、n形シリコン基板1の主表面
側を酸化してシリコン酸化膜3を形成することによって
図2(b)に示す構造が得られる。なお、シリコン酸化
膜3を形成する代わりに、n形シリコン基板1の主表面
側にシリコン窒化膜を形成してもよい。
ト層(図示せず)を塗布形成し、図4に示すようなフォ
トマスクMを利用し上記フォトレジスト層を格子状のパ
ターンにパターニングした後、該フォトレジスト層をマ
スクとして反応性イオンエッチング(RIE)装置など
によってシリコン酸化膜3をエッチングし、さらにその
後、上記フォトレジスト層を除去することによって図2
(c)に示す構造が得られる。なお、上記フォトマスク
Mは、上記フォトレジストの開口の平面形状が微小な略
正方形になるように構成されているが、上記フォトレジ
スト層の開口の平面形状が正方形以外の微小な多角形
状、微小な円形状、微小な星形などになるように構成し
てもよい。
をマスクとして反応性イオンエッチング装置などによっ
てn形シリコン基板1を所定深さまで異方性エッチング
してn形シリコン基板1の厚み方向に沿った縦穴よりな
る上記埋込穴63を形成することによって図2(d)に
示す構造が得られる。ここに、図2(d)中の62はn
形シリコン基板1の一部よりなる放熱部を示す。この放
熱部62は、n形シリコン基板1の厚み方向(図2
(d)における上下方向)に直交する断面が格子状に形
成される。
らなる絶縁膜にてカプセル化した微粒子が分散されたア
セトンなどの有機溶剤(あるいは水)よりなる溶液を回
転塗布(スピンコート)することによって、該溶液を上
記埋込穴63に充填することにより、図3(a)に示す
構造が得られる。ここに、図3(a)中の60は上記埋
込穴63に充填された上記溶液を示す。なお、本実施形
態では、上記絶縁膜を、マイクロカプセルの形成方法を
利用して上記導電性微粒子の表面を覆うように形成して
いるので、上記埋込穴63への表面が絶縁膜により覆わ
れた上記導電性微粒子の充填率を高めることが可能にな
る。
して不要な上記有機溶剤(あるいは水分)を取り除く
(飛ばす)ことによってドリフト部61が形成され(つ
まり、強電界ドリフト部6が形成され)、続いて、ドリ
フト部61と放熱部62とからなる強電界ドリフト部6
上へ導電性薄膜(例えば、金薄膜)からなる表面電極7
を例えば蒸着法によって形成することによって図3
(b)に示す構造が得られる。ここにおいて、表面電極
7の膜厚は10nmとしたが、この膜厚は特に限定する
ものではなく、表面電極7となる導電性薄膜(例えば、
金薄膜)の形成方法も蒸着法に限定されるものではな
く、例えばスパッタ法を用いてもよい。なお、電界放射
型電子源10は表面電極7を正極(アノード)とし、オ
ーミック電極2を負極(カソード)とするダイオードが
構成される。この正極と負極との間に直流電圧を印加し
たときに流れる電流がダイオード電流である。
型電子源10は、放出電子電流の経時変化が少なくてポ
ッピングノイズがなく、電子が安定して高効率で放出さ
れる。また、この電界放射型電子源10は、電子放出特
性(例えば、電子放出電流)の真空度依存性が小さく、
低真空度でも良好な電子放出特性が得られたので、従来
のような高真空で使用する必要がないから、電界放射型
電子源10を利用する装置の低コスト化が図れるととも
に取り扱いが容易になる。
10における強電界ドリフト部6は、マスク材料層たる
シリコン酸化膜3をマスクとした異方性エッチングによ
って埋込穴63を形成した後、埋込穴63へ導電性微粒
子を充填してドリフト部61を形成しているので、上記
マスク材料層のパターンによってドリフト部61と放熱
部62とのパターン形状を制御することができ、電子放
出時にポッピング現象が発生せず安定して高効率で電子
を放出することが可能な電界放射型電子源を低コストで
実現することができ、また、電気伝導性の制御性および
構造的・熱的安定性からみれば、従来のように単結晶シ
リコン基板の主表面側の全面を多孔質化することにより
得られた強電界ドリフト層よりも優れた性質をもつと考
えられる。
10では、次のようなモデルで電子放出が起こると考え
られる。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印加する直流電圧が所定値
(臨界値)に達すると、n形シリコン基板1側から強電
界ドリフト部6へ熱的励起により電子が注入される。一
方、強電界ドリフト部6のドリフト部61には粒径がナ
ノメータサイズの導電性微粒子が多数存在し、各導電性
微粒子の表面には導電性微粒子の粒径(本実施形態では
約10nm)よりも小さな膜厚の絶縁膜が形成されてい
るので、強電界ドリフト部6に印加された電界はほとん
ど導電性微粒子の表面に形成された絶縁膜にかかるか
ら、注入された電子は当該絶縁膜にかかっている強電界
により加速されドリフト部61内を表面に向かってドリ
フトする。ここに、導電性微粒子の粒径は電子の平均自
由行程(シリコン中の電子の平均自由行程は50nm程
度といわれている)よりも十分に小さいので、電子は導
電性微粒子にほとんど衝突することなくドリフト部61
の表面に到達する。要するに、ドリフト部61に注入さ
れた電子は、衝突による散乱を起こすことなく、導電性
微粒子の表面の絶縁膜にかかっている電界で加速され
て、次の導電性微粒子の絶縁膜に突入するという現象を
繰り返してエネルギが増大していく。したがって、ドリ
フト部61の表面に到達した電子はホットエレクトロン
であって、ホットエレクトロンは熱平衡状態よりも数k
T以上のエネルギを有するので、表面電極7を容易にト
ンネルし真空中に放出される。
10では、ポッピングノイズが発生せずに高効率で安定
して電子を放出することができるが、これは、電圧の印
加により強電界ドリフト部6のドリフト部61に発生し
た熱が放熱部62を伝導して外部に放出され、温度上昇
が抑制されるからであると推考される。
は、強電界が存在しうる半絶縁性を備え、また、電子散
乱が少なくドリフト長が大きく、さらに、ダイオード電
流の熱暴走を抑えるだけの熱伝導性を有するので、高効
率で安定して電子を放出することができるのだと考えら
れる。
に、導電性基板たるn形シリコン基板1の主表面側の部
分が放熱部62を構成しているが、n形シリコン基板1
上に単結晶シリコン層あるいはポリシリコン層よりなり
高熱伝導性を有する高熱伝導層を形成し、該高熱伝導層
に上記埋込穴63を形成することによって該高熱伝導層
からなる放熱部62を構成してもよい。
子源10は図5に示すような構成であって、その基本構
成は実施形態1と略同じなので実施形態1と相違する点
についてのみ説明する。
してn形シリコン基板を採用していたが、本実施形態で
は、導電性基板を、ガラスよりなる絶縁性基板11と、
絶縁性基板11の一表面上に形成された導電性材料より
なる下部電極12とで構成している。なお、下部電極1
2は、実施形態1におけるn形シリコン基板1とドリフ
ト部61との界面近傍に相当する部位に形成されてい
る。したがって、下部電極12は、マトリクス状に配設
されている。
5に示すように、一表面上に下部電極12が形成された
絶縁性基板11の上記一表面側に強電界ドリフト部6が
形成され、強電界ドリフト部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。
では、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(図示せず)を配置し、表面
電極7を下部電極12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から強電界ドリフト部6へ注入された電子が強電
界ドリフト部6をドリフトし表面電極7を通して放出さ
れる。ここにおいて、表面電極7と下部電極12との間
に流れる電流をダイオード電流と称し、コレクタ電極と
表面電極7との間に流れる電流を放出電子電流と称し、
ダイオード電流に対する放出電子電流が大きいほど電子
の放出効率が高くなる。なお、本実施形態の電界放射型
電子源10では、表面電極7と下部電極12との間の直
流電圧を10〜20V程度の低電圧としても電子を放出
させることができる。
は、導電性基板たるn形シリコン基板1の厚み方向に沿
った埋込穴63が形成され高熱伝導性を有する高熱伝導
層(例えば、ポリシリコン層若しくはアモルファスシリ
コン層)よりなる放熱部62と、埋込穴63に充填され
上記電子がドリフトするドリフト部61とからなる。こ
こにおいて、放熱部62は、n形シリコン基板1の厚み
方向に直交する断面が格子状(網目状)に形成されてい
る。要するに、ドリフト部61は、放熱部62の網目の
中に満たされており、n形シリコン基板1の厚み方向に
平行な角柱状に形成されている。なお、放熱部62はド
リフト部61よりも熱伝導性が良い。
と同様に、粒径がナノメータサイズの導電性微粒子と、
導電性微粒子の表面を覆う絶縁膜とからなる。すなわ
ち、ドリフト部61は、表面を上記導電性微粒子の粒径
よりも小さな膜厚の絶縁膜により覆われた上記導電性微
粒子の集合からなる。
コン基板1から注入された電子が導電性微粒子に衝突せ
ずに絶縁膜に印加されている電界で加速されてドリフト
し、ドリフト部61で発生した熱が放熱部62を通して
放熱されるので、電子放出時にポッピング現象が発生せ
ず安定して高効率で電子を放出することができる。
参照しながら説明する。
表面上に所定形状にパターニングされた導電性材料より
なる下部電極12を形成することによって、図6(a)
に示す構造が得られる。その後、絶縁性基板11の上記
一表面側の全面にポリシリコン薄膜よりなる高熱伝導層
4を形成することによって図6(b)に示す構造が得ら
れる。なお、ポリシリコン薄膜の代わりにアモルファス
シリコン薄膜を形成してもよい。
を形成した後、シリコン酸化膜3上にフォトレジスト層
(図示せず)を塗布形成し、図4に示すようなフォトマ
スクMを利用し上記フォトレジスト層を格子状のパター
ンにパターニングした後、該フォトレジスト層をマスク
として反応性イオンエッチング(RIE)装置などによ
ってシリコン酸化膜3をエッチングし、さらにその後、
上記フォトレジスト層を除去することによって図6
(c)に示す構造が得られる。なお、本実施形態では、
上記フォトマスクMは、上記フォトレジスト層の開口が
下部電極12上に位置するように構成されている。な
お、シリコン酸化膜3の代わりにシリコン窒化膜を形成
してもよい。
をマスクとして反応性イオンエッチング装置などによっ
て高熱伝導層4を下部電極12の表面に達する深さまで
異方性エッチングしてn形シリコン基板1の厚み方向に
沿った縦穴よりなる上記埋込穴63を形成することによ
って、高熱伝導層4からなる放熱部62が形成され、図
6(d)に示す構造が得られる。ここに、この放熱部6
2は、n形シリコン基板1の厚み方向に直交する断面が
格子状に形成される。
らなる絶縁膜にてカプセル化した微粒子が分散されたア
セトンなどの有機溶剤(あるいは水)よりなる溶液を回
転塗布(スピンコート)することによって、該溶液を上
記埋込穴63に充填することにより、図7(a)に示す
構造が得られる。ここに、図7(a)中の60は上記埋
込穴63に充填された上記溶液を示す。なお、本実施形
態では、上記絶縁膜を、マイクロカプセルの形成方法を
利用して上記導電性微粒子の表面を覆うように形成して
いるので、上記埋込穴63への表面が絶縁膜により覆わ
れた上記導電性微粒子の充填率を高めることが可能にな
る。
して不要な上記有機溶剤(あるいは水分)を取り除く
(飛ばす)ことによってドリフト部61が形成され(つ
まり、強電界ドリフト部6が形成され)、続いて、ドリ
フト部61と放熱部62とからなる強電界ドリフト部6
上へ導電性薄膜(例えば、金薄膜)からなる表面電極7
を例えば蒸着法によって形成することによって図7
(b)に示す構造が得られる。
型電子源10は、放出電子電流の経時変化が少なくてポ
ッピングノイズがなく、電子が安定して高効率で放出さ
れる。また、この電界放射型電子源10は、電子放出特
性(例えば、電子放出電流)の真空度依存性が小さく、
低真空度でも良好な電子放出特性が得られたので、従来
のような高真空で使用する必要がないから、電界放射型
電子源10を利用する装置の低コスト化が図れるととも
に取り扱いが容易になる。
性基板の一表面側に形成された強電界ドリフト部と、該
強電界ドリフト部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
して直流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部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
リフト部が、導電性基板の厚み方向に沿った埋込穴が形
成され高熱伝導性を有する放熱部と、埋込穴に充填され
上記電子がドリフトするドリフト部とからなり、ドリフ
ト部が、粒径がナノメータサイズの導電性微粒子と、導
電性微粒子の表面を覆う絶縁膜とからなるものであり、
強電界ドリフト部では導電性基板から注入された電子が
導電性微粒子に衝突せずに絶縁膜に印加されている電界
で加速されてドリフトし、ドリフト部で発生した熱が放
熱部を通して放熱されるので、電子放出時にポッピング
現象が発生せず安定して高効率で電子を放出することが
できるという効果がある。
て、上記導電性基板および上記放熱部が、それぞれシリ
コンよりなるので、上記導電性基板および上記放熱部を
1枚のシリコン基板から構成することができるという効
果がある。
て、上記放熱部が、ポリシリコン若しくはアモルファス
シリコンよりなるので、導電性基板としてシリコン基板
の他にガラス基板などに導電性膜を形成した基板などを
使用することができるから、従来のように半導体基板を
多孔質化した多孔質半導体層を利用する場合やスピント
型電極に比べて、電子源の大面積化および低コスト化が
可能になるという効果がある。
て、上記導電性基板が、絶縁性基板と絶縁性基板の一表
面上に形成された導電性膜とからなり、ドリフト部が、
導電性膜上に形成されているので、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を用いる場合に比べ
て大面積化および低コスト化が可能となるという効果が
ある。
射型電子源の製造方法であって、導電性基板の一表面上
に高熱伝導性を有する高熱伝導層を形成した後、高熱伝
導層上に所定形状のマスク材料層を形成し、該マスク材
料層をマスクとして異方性エッチングによって高熱伝導
層のうち上記導電性膜に重複する部位へ上記埋込穴を開
孔することにより高熱伝導層からなる上記放熱部を形成
し、その後、表面が絶縁膜により覆われた上記導電性微
粒子を上記埋込穴へ充填して上記ドリフト部を形成し、
次いで、上記ドリフト部と上記放熱部とからなる強電界
ドリフト部上に導電性薄膜よりなる表面電極を形成する
ので、上記マスク材料層のパターンによってドリフト部
と放熱部とのパターン形状を制御することができ、電子
放出時にポッピング現象が発生せず安定して高効率で電
子を放出することが可能な電界放射型電子源を低コスト
で実現することができるという効果がある。
て、上記絶縁膜を、マイクロカプセルの形成方法を利用
して上記導電性微粒子の表面を覆うように形成するの
で、上記埋込穴への表面が絶縁膜により覆われた上記導
電性微粒子の充填率を高めることが可能になるという効
果がある。
図である。
図である。
の平面図である。
図である。
図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 導電性基板と、導電性基板の一表面側に
形成された強電界ドリフト部と、該強電界ドリフト部上
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直流電圧を印加
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
ドリフト部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、強電界ドリフト部は、導電性
基板の厚み方向に沿った埋込穴が形成され高熱伝導性を
有する放熱部と、埋込穴に充填され上記電子がドリフト
するドリフト部とからなり、ドリフト部は、粒径がナノ
メータサイズの導電性微粒子と、導電性微粒子の表面を
覆う絶縁膜とからなることを特徴とする電界放射型電子
源。 - 【請求項2】 上記導電性基板および上記放熱部は、そ
れぞれシリコンよりなることを特徴とする請求項1記載
の電界放射型電子源。 - 【請求項3】 上記放熱部は、ポリシリコン若しくはア
モルファスシリコンよりなることを特徴とする請求項1
記載の電界放射型電子源。 - 【請求項4】 上記導電性基板は、絶縁性基板と絶縁性
基板の一表面上に形成された導電性膜とからなり、ドリ
フト部は、導電性膜上に形成されてなることを特徴とす
る請求項3記載の電界放射型電子源。 - 【請求項5】 上記導電性微粒子は、シリコンよりなる
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに
記載の電界放射型電子源。 - 【請求項6】 上記導電性微粒子は、カーボンよりなる
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに
記載の電界放射型電子源。 - 【請求項7】 上記導電性微粒子は、金属よりなること
を特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載
の電界放射型電子源。 - 【請求項8】 請求項4記載の電界放射型電子源の製造
方法であって、導電性基板の一表面上に高熱伝導性を有
する高熱伝導層を形成した後、高熱伝導層上に所定形状
のマスク材料層を形成し、該マスク材料層をマスクとし
て異方性エッチングによって高熱伝導層のうち上記導電
性膜に重複する部位へ上記埋込穴を開孔することにより
高熱伝導層からなる上記放熱部を形成し、その後、表面
が絶縁膜により覆われた上記導電性微粒子を上記埋込穴
へ充填して上記ドリフト部を形成し、次いで、上記ドリ
フト部と上記放熱部とからなる強電界ドリフト部上に導
電性薄膜よりなる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。 - 【請求項9】 上記絶縁膜は、マイクロカプセルの形成
方法を利用して上記導電性微粒子の表面を覆うように形
成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。
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005097074A (ja) * | 2003-02-17 | 2005-04-14 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 絶縁化超微粉末とその製造方法、およびそれを用いた高誘電率樹脂複合材料 |
WO2009066723A1 (ja) * | 2007-11-20 | 2009-05-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | 電子放出素子、電子放出装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、および電子放出素子の製造方法 |
JP2009158108A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
JP2009164141A (ja) * | 2007-11-20 | 2009-07-23 | Sharp Corp | 電子放出素子、電子放出装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、および電子放出素子の製造方法 |
JP2010002867A (ja) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Sharp Corp | 帯電制御装置、帯電装置および画像形成装置 |
US8110971B2 (en) | 2009-05-19 | 2012-02-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting element, light emitting device, image display device, method of driving light emitting element, and method of producing light emitting element |
US8164247B2 (en) | 2009-05-19 | 2012-04-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element, electron emitting device, light emitting device, image display device, air blowing device, cooling device, charging device, image forming apparatus, and electron-beam curing device |
US8249487B2 (en) | 2009-05-19 | 2012-08-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element, electron emitting device, charging device, image forming apparatus, electron-beam curing device, light emitting device, image display device, air blowing device, and cooling device |
US8299700B2 (en) | 2009-02-05 | 2012-10-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element having an electron acceleration layer, electron emitting device, light emitting device, image display device, cooling device, and charging device |
US8378565B2 (en) | 2009-06-25 | 2013-02-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element having an electron acceleration layer using fine particle layer |
US8476818B2 (en) | 2009-05-19 | 2013-07-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element including a fine particle layer containing insulating particles, and devices and methods related thereto |
US8487521B2 (en) | 2009-12-01 | 2013-07-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element, method for producing electron emitting element, electron emitting device, charging device, image forming apparatus, electron-beam curing device, light emitting device, image display device, air blowing device, and cooling device |
US8547007B2 (en) | 2009-02-24 | 2013-10-01 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element, electron emitting device, light emitting device, image display device, air blowing device, cooling device, charging device, image forming apparatus, electron-beam curing device, and method for producing electron emitting element |
-
1999
- 1999-08-26 JP JP23906399A patent/JP3487236B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101082658B1 (ko) | 2003-02-17 | 2011-11-14 | 미츠비시 가스 가가쿠 가부시키가이샤 | 절연화 초미세 분말과 그의 제조방법,및 그것을 이용한고유전율 수지 복합재료 |
JP2005097074A (ja) * | 2003-02-17 | 2005-04-14 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | 絶縁化超微粉末とその製造方法、およびそれを用いた高誘電率樹脂複合材料 |
US8401430B2 (en) | 2007-11-20 | 2013-03-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element for accelerating and emitting electrons, and use of electron emitting element |
WO2009066723A1 (ja) * | 2007-11-20 | 2009-05-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | 電子放出素子、電子放出装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、および電子放出素子の製造方法 |
JP2009164141A (ja) * | 2007-11-20 | 2009-07-23 | Sharp Corp | 電子放出素子、電子放出装置、自発光デバイス、画像表示装置、送風装置、冷却装置、帯電装置、画像形成装置、電子線硬化装置、および電子放出素子の製造方法 |
JP2009158108A (ja) * | 2007-12-25 | 2009-07-16 | Panasonic Electric Works Co Ltd | 電界放射型電子源およびその製造方法 |
JP2010002867A (ja) * | 2008-06-23 | 2010-01-07 | Sharp Corp | 帯電制御装置、帯電装置および画像形成装置 |
US8299700B2 (en) | 2009-02-05 | 2012-10-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element having an electron acceleration layer, electron emitting device, light emitting device, image display device, cooling device, and charging device |
US8616931B2 (en) | 2009-02-24 | 2013-12-31 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element, electron emitting device, light emitting device, image display device, air blowing device, cooling device, charging device, image forming apparatus, electron-beam curing device, and method for producing electron emitting element |
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US8249487B2 (en) | 2009-05-19 | 2012-08-21 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element, electron emitting device, charging device, image forming apparatus, electron-beam curing device, light emitting device, image display device, air blowing device, and cooling device |
US8476818B2 (en) | 2009-05-19 | 2013-07-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element including a fine particle layer containing insulating particles, and devices and methods related thereto |
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US8378565B2 (en) | 2009-06-25 | 2013-02-19 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element having an electron acceleration layer using fine particle layer |
US8487521B2 (en) | 2009-12-01 | 2013-07-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electron emitting element, method for producing electron emitting element, electron emitting device, charging device, image forming apparatus, electron-beam curing device, light emitting device, image display device, air blowing device, and cooling device |
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