JP2001155623A - Method for, manufacturing projection-shaped emitter and electron emitting element - Google Patents

Method for, manufacturing projection-shaped emitter and electron emitting element

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JP2001155623A
JP2001155623A JP34042899A JP34042899A JP2001155623A JP 2001155623 A JP2001155623 A JP 2001155623A JP 34042899 A JP34042899 A JP 34042899A JP 34042899 A JP34042899 A JP 34042899A JP 2001155623 A JP2001155623 A JP 2001155623A
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Japan
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emitter
spherical particles
layer
electron
manufacturing
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Japanese (ja)
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Shinichi Kawate
信一 河手
Takeo Tsukamoto
健夫 塚本
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Canon Inc
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture a projection-shaped emitter having uniform height and pitch. SOLUTION: The projection-shaped emitter 8 is manufactured by disposing silica beads 7 of a spherical particle on an emitter layer 3, forming the silica beads 7 into a mask 7a and etching the emitter layer 3.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出する突
起状エミッタ及び該突起状エミッタを用いた電子放出素
子の製造方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a projecting emitter for emitting electrons and a method of manufacturing an electron-emitting device using the projecting emitter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、特に表示装置等の画像形成装置に
おいては、近年、液晶を用いた平板型表示装置がCRT
に替わって普及してきたが、自発光型でないため、バッ
クライトを持たなければならない等の問題点があり、自
発光型表示装置が望まれてきた。
2. Description of the Related Art In a conventional image forming apparatus such as a display device, in recent years, a flat panel display device using a liquid crystal has been
However, since it is not a self-luminous type, there is a problem that a backlight must be provided, and a self-luminous display device has been desired.

【0003】これに対して、金属に106V/cm以上
の強電界をかけて、金属表面から電子を放出させる電界
放出型(FE:Field emission型)電子
放出素子が、電子源の一つとして注目されている。
[0003] On the other hand, a field emission (FE) type electron-emitting device that emits electrons from a metal surface by applying a strong electric field of 10 6 V / cm or more to a metal is one of the electron sources. It is attracting attention.

【0004】FE型の電子源が実用化されれば、薄型の
自発光画像表示装置が可能となり、消費電力の低減、軽
量化にも貢献する。
If an FE type electron source is put into practical use, a thin self-luminous image display device can be realized, which contributes to reduction in power consumption and weight.

【0005】縦型(スピント型)FE型の例としては図
4の断面構成図に示すように突起状エミッタ108が基
板101から略鉛直方向に円錐あるいは四角錐の形状を
呈すもの、例えばC.A.Spindt,"Physi
cal Properties of thin−Fi
1m Field emission cathode
s with molybdenium cone
s“,J.Appl.Phys.,47,5248(1
976)等に開示されたものが知られている。
As an example of a vertical (Spindt-type) FE type, as shown in the sectional view of FIG. 4, a projecting emitter 108 has a shape of a cone or a quadrangular pyramid in a substantially vertical direction from the substrate 101, for example, C.I. A. Spindt, "Physi
cal Properties of thin-Fi
1m Field emission cathode
s with molebdenium cone
s ", J. Appl. Phys., 47, 5248 (1
976) is known.

【0006】図4において、102は下電極、104は
絶縁層である。
In FIG. 4, reference numeral 102 denotes a lower electrode, and 104 denotes an insulating layer.

【0007】突起状エミッタ108と上電極(ゲート電
極)105との間に電圧Vfを印加印加すると、突起状
エミッタ108の突起先端の電界が高まり、電子が先端
近傍から真空中に取り出される。
When a voltage Vf is applied between the protruding emitter 108 and the upper electrode (gate electrode) 105, the electric field at the protruding tip of the protruding emitter 108 is increased, and electrons are taken out of the vicinity of the tip into a vacuum.

【0008】また、突起状エミッタを多数設けた例が、
A.A.G.Driskill−Smith,J.Va
c.Sci.Technol.B15,2773(19
97)に示されている。この電子放出素子の作製方法と
して、AuPd粒子を堆積させて、それをマスクとし
て、突起状エミッタ構造を作製する工程が示されてい
る。
An example in which a large number of projecting emitters are provided,
A. A. G. FIG. Driskill-Smith, J. et al. Va
c. Sci. Technol. B15, 2773 (19
97). As a method of manufacturing the electron-emitting device, a process of depositing AuPd particles and using the mask as a mask to form a projecting emitter structure is shown.

【0009】これは、図5の断面構成説明図に示す作製
工程によって得られる。GaAsの基板101上に、突
起型エミッタを作製するためのエミッタ層103(膜
状)としてW、絶縁層104としてSiO2、上電極1
05としてWを積層し、レジスト106をパターニング
する(図5(a))。
This is obtained by the manufacturing process shown in FIG. On a GaAs substrate 101, W is used as an emitter layer 103 (film-like), SiO 2 is used as an insulating layer 104, and an upper electrode 1
As 05, W is laminated and the resist 106 is patterned (FIG. 5A).

【0010】次に、上電極105、絶縁層104をエッ
チングする(図5(b))。
Next, the upper electrode 105 and the insulating layer 104 are etched (FIG. 5B).

【0011】続いて、AuPd粒子107を堆積させ
る。(図5(c))。
Subsequently, AuPd particles 107 are deposited. (FIG. 5 (c)).

【0012】最後に、このAuPd粒子107をマスク
とするエッチングを行い、レジスト106を剥がすこと
により、円形に開けられた絶縁層104及び上電極(ゲ
ート電極)105の穴の底に、突起状エミッタ108が
設けられる(図5(d))ものである。
Finally, etching is carried out using the AuPd particles 107 as a mask, and the resist 106 is peeled off. As a result, a projecting emitter is formed at the bottom of the hole of the insulating layer 104 and the upper electrode (gate electrode) 105 which are formed in a circular shape. 108 (FIG. 5D).

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
電子放出素子の作製方法を用いると、マスクとなる堆積
粒子(AuPd粒子107)の粒径と間隔にバラツキが
あるために、それをマスクとして、エッチングにより突
起状エミッタ構造を作製すると、突起状エミッタの高さ
やピッチが不均一となり、電子放出特性にバラツキが生
じるという問題があった。
However, when the above-described method for manufacturing an electron-emitting device is used, since there is variation in the particle size and interval of the deposited particles (AuPd particles 107) serving as a mask, these are used as masks. When a protruding emitter structure is manufactured by etching, there is a problem that the height and pitch of the protruding emitter become non-uniform, causing variations in electron emission characteristics.

【0014】本発明は、上記した従来技術の問題を解決
するものであり、その目的とするところは、高さとピッ
チの揃った突起状エミッタ構造が得られる突起状エミッ
タの作製方法、及び電子放出特性にバラツキのない良好
な電子放出特性が得られる電子放出素子の作製方法を提
供することにある。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a projecting emitter capable of obtaining a projecting emitter structure having a uniform height and pitch, and an electron emission method. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electron-emitting device capable of obtaining good electron-emitting characteristics without variation in characteristics.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の突起状エミッタの製造方法にあっては、球状
粒子をエミッタ層上に配置する工程、前記球状粒子をマ
スクとして前記エミッタ層をエッチングする工程によっ
て、突起状エミッタを作製することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method of manufacturing a projecting emitter according to the present invention comprises the steps of arranging spherical particles on an emitter layer, and using the spherical particles as a mask to form the emitter layer. Is characterized in that a protruding emitter is produced by a step of etching the substrate.

【0016】前記球状粒子をエミッタ層上に配置する工
程において、前記球状粒子をエミッタ層上に稠密に単層
に配置することが好適である。
In the step of arranging the spherical particles on the emitter layer, it is preferable that the spherical particles are densely arranged in a single layer on the emitter layer.

【0017】前記球状粒子がシリカビーズであることも
好適である。
It is also preferable that the spherical particles are silica beads.

【0018】球状粒子をエミッタ層上に配置する工程に
おいて、シリカビーズを水とアルコールに分散させた溶
液を、エミッタ層上に該シリカビーズが単層となるよう
に塗布することも好適である。
In the step of arranging the spherical particles on the emitter layer, it is preferable to apply a solution in which silica beads are dispersed in water and alcohol so that the silica beads have a single layer on the emitter layer.

【0019】前記エッチング工程が反応性ガスを用いた
ドライエッチングであることも好適である。
Preferably, the etching step is dry etching using a reactive gas.

【0020】前記エッチングにおけるエッチングレート
の比が、エミッタ層/マスク=2以上であることも好適
である。
It is also preferable that the ratio of the etching rate in the etching is emitter layer / mask = 2 or more.

【0021】また、上記記載の方法で製造する突起状エ
ミッタを用いた電子放出素子の製造方法にあっては、前
記球状粒子をエミッタ層上に配置する前に、前記球状粒
子を配置しない領域にはっ水処理を行うことを特徴とす
る。
Further, in the method of manufacturing an electron-emitting device using the projecting emitter manufactured by the above-described method, the method may further comprise, before disposing the spherical particles on the emitter layer, in a region where the spherical particles are not disposed. Water repellency treatment is performed.

【0022】絶縁層と前記絶縁層上の上電極とからなる
凸型構造と、下電極とを基板上に有し、前記下電極上に
形成された突起状エミッタを有する電子放出素子の製造
方法であって、前記突起状エミッタを前記凸型構造の側
壁近傍に作製することも好適である。
A method of manufacturing an electron-emitting device having a convex structure including an insulating layer and an upper electrode on the insulating layer, a lower electrode on a substrate, and having a projecting emitter formed on the lower electrode. It is also preferable that the protruding emitter is formed near the side wall of the convex structure.

【0023】前記球状粒子を形成する前に、少なくとも
前記凸型構造の側壁にはっ水処理を行うことも好適であ
る。
Before forming the spherical particles, it is preferable that at least the side wall of the convex structure is subjected to a water repellent treatment.

【0024】前記エミッタ層及び下電極材料は、炭素、
金属、金属の窒化物、金属の炭化物、金属のホウ化物、
半導体、半導体の金属化合物のいずれかにより構成され
ていることも好適である。
The material of the emitter layer and the lower electrode is carbon,
Metal, metal nitride, metal carbide, metal boride,
It is also preferable to be composed of either a semiconductor or a metal compound of a semiconductor.

【0025】本発明によると、球状粒子がエミッタ層上
に、稠密に単層形成されるように配置されているため
に、これをマスクとして、エッチングを行うことによ
り、高さ、ピッチ共に揃った突起状エミッタ構造が得ら
れる。
According to the present invention, since the spherical particles are arranged on the emitter layer so as to form a dense single layer, the height and the pitch are made uniform by performing etching using this as a mask. A protruding emitter structure is obtained.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図を用いて説明す
る。図1は本発明による突起状エミッタの製造方法の一
例を示す模式図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a method for manufacturing a projecting emitter according to the present invention.

【0027】はじめに、絶縁性の基板1上に、下電極
2、エミッタ層3(例えば、膜状に構成されるもの)を
積層する(図1(a))。ここで、後の工程により突起
状に形成される以前の膜を単にエミッタ層と呼ぶ。なお
図1の構成では、エミッタ層3が下電極を兼ねることも
可能である。
First, a lower electrode 2 and an emitter layer 3 (for example, formed in a film shape) are laminated on an insulating substrate 1 (FIG. 1A). Here, the film before being formed into a projection shape in a later step is simply called an emitter layer. In the configuration of FIG. 1, the emitter layer 3 can also serve as the lower electrode.

【0028】エミッタ層3としては、炭素、金属、金属
の窒化物、金属の炭化物、金属のホウ化物、半導体、半
導体の金属化合物が挙げられ、好ましくはW、Ta、M
o等の耐熱性の材料、あるいはTiC、ZrC、Hf
C、TaC、SiC、WC等の炭化物、HfB2、Zr
2、LaB6、CeB6、YB4、GdB4等の硼化物、
TiN、ZrN、HfN等の窒化物、Si、Ge等の半
導体、有機高分子材料、アモルファスカーボン、グラフ
ァイト、ダイヤモンドライクカーボン、ダイヤモンドを
分散した炭素及び炭素化合物などが良い。
Examples of the emitter layer 3 include carbon, metal, metal nitride, metal carbide, metal boride, semiconductor, and metal compound of semiconductor. Preferably, W, Ta, M
heat-resistant material such as o, TiC, ZrC, Hf
Carbides such as C, TaC, SiC, WC, HfB 2 , Zr
Borides such as B 2 , LaB 6 , CeB 6 , YB 4 , GdB 4 ,
Preferred are nitrides such as TiN, ZrN, HfN, semiconductors such as Si and Ge, organic polymer materials, amorphous carbon, graphite, diamond-like carbon, and carbon and carbon compounds in which diamond is dispersed.

【0029】次に、粒径の揃った球状粒子としてのシリ
カビーズ7を水+アルコールに分散させた溶液を、エミ
ッタ層3上に稠密に単層形成する(図1(b))。
Next, a solution in which silica beads 7 as spherical particles having a uniform particle diameter are dispersed in water + alcohol is densely formed on the emitter layer 3 as a single layer (FIG. 1B).

【0030】シリカビーズ7としては、シリコンアルコ
キシドを原料としたシリカゾルを用いても良い。
As the silica beads 7, a silica sol using silicon alkoxide as a raw material may be used.

【0031】ここで、シリカビーズ7の分散する濃度を
適宜調整することにより、デイップあるいはスピナー塗
布により、シリカビーズ7は、マスク7aとして稠密に
単層形成される。
Here, by appropriately adjusting the concentration at which the silica beads 7 are dispersed, the silica beads 7 are densely formed as a single layer as a mask 7a by dip or spinner coating.

【0032】続いて、シリカビーズ7をマスク7aとし
て、CF4やCHF3等の反応性のガスを用いたドライエ
ッチングをシリカビーズマスクが消滅するまで行う。反
応性ガスを用い等方的にエッチングされる成分も取り入
れたことにより、エミッタが先鋭化する。
Subsequently, dry etching using a reactive gas such as CF 4 or CHF 3 is performed using the silica beads 7 as a mask 7 a until the silica bead mask disappears. The emitter is sharpened by incorporating a component that isotropically etched using a reactive gas.

【0033】図1(c)に、シリカビーズ7によるマス
ク7aが消滅した所で、エッチングを終了して得られた
突起状エミッタ8を示した。この時、突起状エミッタ8
の高さは、シリカビーズ7の径やマスク7aとエミッタ
層3のエッチングレートを変えることにより、所望の高
さにすることが出来る。
FIG. 1 (c) shows a protruding emitter 8 obtained by stopping the etching when the mask 7a of the silica beads 7 has disappeared. At this time, the projecting emitter 8
Can be set to a desired height by changing the diameter of the silica beads 7 and the etching rate of the mask 7a and the emitter layer 3.

【0034】エッチングにおけるエッチングレートの比
が、エミッタ層/マスク=2以上であることが望まし
く、そうすれば、マスク7aに用いられたシリカビーズ
7の径の2倍以上の高さの突起状エミッタ8が作製でき
る.本発明により、高さ、ピッチ共に揃った突起状エミ
ッタ構造が得られる。
It is desirable that the ratio of the etching rate in the etching is emitter layer / mask = 2 or more, so that the projection-like emitter having a height of at least twice the diameter of the silica beads 7 used for the mask 7a. 8 can be produced. According to the present invention, a protruding emitter structure having a uniform height and pitch can be obtained.

【0035】次に本発明の製造方法による突起状エミッ
タ8を用いた電子放出素子10の作製方法の一例を図2
を用いて説明する。
Next, an example of a method of manufacturing the electron-emitting device 10 using the projecting emitter 8 according to the manufacturing method of the present invention is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0036】ここで、作製方法を説明する前に、完成し
た電子放出素子10の断面構成を模式的に示す図2
(d)を用いて素子構造について述べておく。
Here, before explaining the manufacturing method, FIG. 2 schematically shows the cross-sectional structure of the completed electron-emitting device 10.
The element structure will be described with reference to FIG.

【0037】電子放出素子10は、絶縁層4と絶縁層上
の上電極5(ゲート電極)とからなる凸型構造と、下電
極2とを基板1上に有し、突起状エミッタ8が凸型構造
の側壁近傍の下電極2上に形成されている。
The electron-emitting device 10 has a convex structure comprising an insulating layer 4 and an upper electrode 5 (gate electrode) on the insulating layer, a lower electrode 2 on the substrate 1, and a projecting emitter 8 having a convex structure. It is formed on the lower electrode 2 near the side wall of the mold structure.

【0038】凸型構造の側壁近傍に突起状エミッタ8が
作製されていることにより、電子の引き出し方向を一定
の方向に限定することで、上方に陽極9を設けた場合の
放出電子分布の広がりを縮小することが可能となる。
Since the protruding emitter 8 is formed near the side wall of the convex structure, the direction in which electrons are extracted is limited to a certain direction. Can be reduced.

【0039】次に、電子放出素子10の作製方法につい
て説明する。
Next, a method for manufacturing the electron-emitting device 10 will be described.

【0040】はじめに、絶縁性の基板1上に、下電極
2、エミッタ層3、絶縁層4、上電極5、レジスト6を
形成する(図2(a))。ここで、パターニングにはフ
ォトリソグラフィーおよびエッチングを用いる。続い
て、はっ水性であるシランカップリング剤を塗布する。
シランカップリング剤は電極には形成されないために、
絶縁層4とレジスト6が露出された部分に不図示のシラ
ンカップリング剤の皮膜が形成される。
First, a lower electrode 2, an emitter layer 3, an insulating layer 4, an upper electrode 5, and a resist 6 are formed on an insulating substrate 1 (FIG. 2A). Here, photolithography and etching are used for patterning. Subsequently, a water-repellent silane coupling agent is applied.
Since the silane coupling agent is not formed on the electrode,
A film of a silane coupling agent (not shown) is formed on a portion where the insulating layer 4 and the resist 6 are exposed.

【0041】次に、粒径の揃った球状粒子としてのシリ
カビーズ7を水に分散させた溶液を、エミッタ層3上に
稠密に単層形成する(図2(b))ことで配置する。シ
ランカップリング剤皮膜が形成されてはっ水処理された
部分には、シリカビーズ7によるマスク7aが形成され
ない。
Next, a solution in which silica beads 7 as spherical particles having a uniform particle diameter are dispersed in water is densely formed on the emitter layer 3 to form a single layer (FIG. 2B). The mask 7a made of the silica beads 7 is not formed in the portion where the silane coupling agent film is formed and subjected to the water repellent treatment.

【0042】ここで、シリカビーズ7の分散する濃度を
適宜調整することにより、デイップあるいはスピナー塗
布により、シリカビーズ7は、マスク7aとして稠密に
単層形成される。
Here, by appropriately adjusting the concentration at which the silica beads 7 are dispersed, a single layer of the silica beads 7 is densely formed as a mask 7a by dip or spinner coating.

【0043】続いて、シリカビーズ7をマスク7aとし
て、CF4やCHF3等の反応性のガスを用いたドライエ
ッチングをシリカビーズ7のマスク7aが消滅するまで
行う。図2(c)にマスク7aが消滅した所で、エッチ
ングを終了して得られた突起状エミッタ8を示した。本
発明により、高さ、ピッチ共に揃った突起状エミッタ構
造が得られた。
Subsequently, dry etching using a reactive gas such as CF 4 or CHF 3 is performed using the silica beads 7 as a mask 7 a until the mask 7 a of the silica beads 7 disappears. FIG. 2C shows the protruding emitter 8 obtained by stopping the etching when the mask 7a has disappeared. According to the present invention, a protruding emitter structure having a uniform height and pitch can be obtained.

【0044】最後に、レジスト6を剥離して、電子放出
素子10を完成し、これを図示しない真空チャンバー内
に設置し、素子上部に図2(d)に示すように蛍光体を
塗布した陽極9を配置して、下電極2と上電極5の間に
素子駆動電圧Vf、下電極2と陽極の間に高電圧Vaを
印加した所、ビーム径が小さく、輝度ムラのない電子放
出特性が得られた。
Finally, the resist 6 is peeled off to complete the electron-emitting device 10, which is placed in a vacuum chamber (not shown), and an anode coated with a phosphor as shown in FIG. 9 and a device driving voltage Vf is applied between the lower electrode 2 and the upper electrode 5 and a high voltage Va is applied between the lower electrode 2 and the anode. Obtained.

【0045】以上のように、本発明によれば、粒径の揃
った球状粒子がエミッタ層上に、稠密に単層形成されて
いるために、これをマスクとして、エッチングを行うこ
とにより、高さ、ピッチ共に揃った突起状エミッタ構造
が得られ、良好な電子放出特性が得られる。
As described above, according to the present invention, since spherical particles having a uniform particle size are formed on the emitter layer in a dense and single layer, etching is performed by using this as a mask to achieve a high level. Thus, a projecting emitter structure having a uniform pitch can be obtained, and good electron emission characteristics can be obtained.

【0046】[0046]

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail.

【0047】(実施例1)図1は本発明による突起状エ
ミッタ8の製造方法の一例を示す図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a view showing an example of a method of manufacturing a projecting emitter 8 according to the present invention.

【0048】はじめに、石英を材料とした基板1上に、
下電極2としてスパッタ法により300nmのAl膜
を、エミッタ層3としてスパッタ法によりTa膜を30
nm堆積した。
First, on a substrate 1 made of quartz,
A 300 nm Al film is formed as the lower electrode 2 by sputtering and a Ta film is formed as the emitter layer 3 by a sputtering method.
nm deposited.

【0049】次に粒径が10nmに揃った球状粒子とし
てのシリカビーズ7を水+アルコールに分散させた溶液
を、エミッタ層3上に稠密に単層形成する(図1
(b))。ここで、シリカビーズ7の分散する濃度を適
宜調整することにより、スピナー塗布によって、エミッ
タ層3上にシリカビーズ7が稠密に単層形成された。分
散媒は窒素雰囲気での乾燥によって、取り除いた。
Next, a solution in which silica beads 7 as spherical particles having a uniform particle diameter of 10 nm are dispersed in water + alcohol is densely formed as a single layer on the emitter layer 3 (FIG. 1).
(B)). Here, by appropriately adjusting the concentration at which the silica beads 7 are dispersed, a single layer of the silica beads 7 was densely formed on the emitter layer 3 by spinner coating. The dispersion medium was removed by drying in a nitrogen atmosphere.

【0050】続いて、シリカビーズ7をマスク7aとし
て、CF4ガスを用いて、ドライエッチングをシリカビ
ーズ7によるマスク7aが消滅するまで行った。なお、
エッチングパワーやガス圧力は、シリカビーズ7の粒子
やエミッタ層3の形状及び膜質から適宜選定される。
Subsequently, dry etching was performed using the silica beads 7 as a mask 7a and CF 4 gas until the mask 7a formed of the silica beads 7 disappeared. In addition,
The etching power and gas pressure are appropriately selected from the particles of the silica beads 7 and the shape and film quality of the emitter layer 3.

【0051】またドライエッチング時の他の条件は装置
のサイズや構成、基板サイズで異なるが、本実施例では
圧力4Pa、放電電力200Wを用いた。この条件で、
エッチングレートの比が、エミッタ層/マスク=3であ
るので、シリカビーズ7の径の3倍の高さ、すなわち3
0nmの高さの突起状エミッタ8が作製できた(図1
(c))。
Other conditions at the time of dry etching differ depending on the size and configuration of the apparatus and the substrate size. In this embodiment, a pressure of 4 Pa and a discharge power of 200 W were used. Under these conditions,
Since the ratio of the etching rate is emitter layer / mask = 3, the height is three times the diameter of the silica beads 7, that is, 3
A protruding emitter 8 having a height of 0 nm was produced (FIG. 1).
(C)).

【0052】以上、本発明により、高さ、ピッチ共に揃
った突起状エミッタ構造が得られた。上記突起状エミッ
タ構造を図示しない真空チヤンバー内に設置し、突起状
エミッタ構造上部に蛍光体を塗布した陽極9を配置し
て、下電極2と陽極9の間に高電圧Vaを印加した所、
輝度ムラのない電子放出特性が得られた(図1
(d))。
As described above, according to the present invention, a protruding emitter structure having a uniform height and pitch can be obtained. The above-mentioned protruding emitter structure was placed in a vacuum chamber (not shown), an anode 9 coated with a phosphor was disposed on the protruding emitter structure, and a high voltage Va was applied between the lower electrode 2 and the anode 9.
Electron emission characteristics without luminance unevenness were obtained (FIG. 1).
(D)).

【0053】(実施例2)第2の実施例として、電子放
出素子の作製方法について、図2を用いて説明する。
Embodiment 2 As a second embodiment, a method for manufacturing an electron-emitting device will be described with reference to FIGS.

【0054】はじめに、石英基板1上に、下電極2とし
てスパッタ法により300nmのAl膜を堆積した。そ
の後、堆積、フォトリソグラフィー、及びエッチング等
により、エミッタ層3としてMo膜を30nm、絶縁層
4としてSiO2膜を50nm、上電極5としてMo膜
を20nm、レジスト6を形成した(図2(a))。
First, a 300 nm Al film was deposited as a lower electrode 2 on a quartz substrate 1 by sputtering. Thereafter, by deposition, photolithography, etching and the like, a 30 nm Mo film as the emitter layer 3, a 50 nm SiO 2 film as the insulating layer 4, a 20 nm Mo film as the upper electrode 5, and a resist 6 were formed (FIG. 2A). )).

【0055】続いて、はっ水性であるシランカップリン
グ剤を塗布した。シランカップリング剤は電極には形成
されないために、絶縁層4とレジスト6が露出された部
分に不図示のシランカップリング剤の皮膜が形成され
た。
Subsequently, a water-repellent silane coupling agent was applied. Since the silane coupling agent was not formed on the electrode, a film of the silane coupling agent (not shown) was formed on the portion where the insulating layer 4 and the resist 6 were exposed.

【0056】次に、粒径が10nmに揃ったシリコンア
ルコキシドを原料としたシリカゾル(シリカビーズ7)
を水に分散させた溶液を、エミッタ層3上に稠密に単層
形成した(図2(b))。
Next, a silica sol (silica beads 7) using silicon alkoxide having a particle size of 10 nm as a raw material
Was dispersed in water to form a dense single layer on the emitter layer 3 (FIG. 2B).

【0057】シランカップリング剤皮膜が形成されては
っ水処理された部分には、シリカビーズ7が形成さず、
シリカビーズ7の分散する濃度を適宜調整することによ
り、デイップにより、シリカビーズ7は、稠密に単層形
成された。
The silica beads 7 are not formed in the water-repellent portion where the silane coupling agent film is formed,
By appropriately adjusting the concentration at which the silica beads 7 were dispersed, the silica beads 7 were densely formed into a single layer by dip.

【0058】続いて、シリカビーズ7をマスク7aとし
て、CF4ガスを用いて、ドライエッチングをシリカビ
ーズ7によるマスク7aが消滅するまで行った。なお、
エッチングパワーやガス圧力は、マスク粒子やエミッタ
層の形状及び膜質から適宜選定される。
Subsequently, dry etching was performed using the silica beads 7 as a mask 7a and CF 4 gas until the mask 7a formed of the silica beads 7 disappeared. In addition,
The etching power and gas pressure are appropriately selected based on the shapes and film quality of the mask particles and the emitter layer.

【0059】またドライエッチング時の他の条件は装置
のサイズや構成、基板サイズで異なるが、本実施例では
圧力4Pa、放電電力200Wを用いた。この条件で、
エッチングレートの比が、エミッタ層/マスク=3であ
るので、シリカビーズ7の径の3倍の高さ、すなわち3
0nmの高さの突起状エミッタ8が作製できた(図2
(c))。
Other conditions at the time of dry etching differ depending on the size and configuration of the apparatus and the size of the substrate. In this embodiment, a pressure of 4 Pa and a discharge power of 200 W were used. Under these conditions,
Since the ratio of the etching rate is emitter layer / mask = 3, the height is three times the diameter of the silica beads 7, that is, 3
A protruding emitter 8 having a height of 0 nm was produced.
(C)).

【0060】以上、本発明により、高さ、ピッチ共に揃
った突起状エミッタ構造が得られた。最後に、レジスト
6を剥離して、電子放出素子10を完成し、これを図示
しない真空チヤンバー内に設置し、素子上部に図2
(d)に示すように蛍光体を塗布した陽極9を配置し
て、下電極2と上電極5の間に素子駆動電圧Vf、下電
極2と陽極の間に高電圧Vaを印加した所、ビーム径か
小さく、輝度ムラのない電子放出特性が得られた。
As described above, according to the present invention, a protruding emitter structure having a uniform height and pitch can be obtained. Finally, the resist 6 is peeled off to complete the electron-emitting device 10, which is placed in a vacuum chamber (not shown).
As shown in (d), an anode 9 coated with a phosphor is arranged, and a device driving voltage Vf is applied between the lower electrode 2 and the upper electrode 5 and a high voltage Va is applied between the lower electrode 2 and the anode. Electron emission characteristics with a small beam diameter and no luminance unevenness were obtained.

【0061】(実施例3)第3の実施例として、他の電
子放出素子の作製方法について、図3を用いて説明す
る。
Embodiment 3 As a third embodiment, a method for manufacturing another electron-emitting device will be described with reference to FIGS.

【0062】はじめに、GaAsを材料とした基板1上
に、エミッタ層3としてWを300nm、絶縁層4とし
てSiO2を30nm、上電極5としてWを30nmそ
れぞれスパッタ法により堆積し、上電極5上にレジスト
6をパターニングした(図3(a))。
First, on the substrate 1 made of GaAs, 300 nm of W is deposited as the emitter layer 3, 30 nm of SiO 2 is deposited as the insulating layer 4, and 30 nm of W is deposited as the upper electrode 5 by sputtering. The resist 6 was patterned (FIG. 3A).

【0063】次に、上電極W、絶縁層SiO2をレジス
ト6をマスクとして、エッチングした(図3(b))。
Next, the upper electrode W and the insulating layer SiO 2 were etched using the resist 6 as a mask (FIG. 3B).

【0064】続いて、粒径が7nmに揃ったシリカビー
ズ7を水+アルコールに分散させた溶液を、エミッタ層
3上に稠密に単層形成した(図3(c))。
Subsequently, a solution in which silica beads 7 having a uniform particle diameter of 7 nm were dispersed in water + alcohol was formed densely on the emitter layer 3 (FIG. 3C).

【0065】ここで、シリカビーズ7の分散する濃度を
適宜調整することにより、スピナー塗布によって、エミ
ッタ層3上にシリカビーズ7が稠密に単層形成された。
分散媒は窒素雰囲気での乾燥によって、取り除いた。
Here, by appropriately adjusting the concentration at which the silica beads 7 are dispersed, a single layer of the silica beads 7 was densely formed on the emitter layer 3 by spinner coating.
The dispersion medium was removed by drying in a nitrogen atmosphere.

【0066】続いて、シリカビーズ7をマスク7aとし
て、CF4ガスを用いて、ドライエッチングをシリカビ
ーズ7のマスク7aが消滅するまで行った。なお、エッ
チングパワーやガス圧力は、マスク粒子やエミッタ層の
形状及び膜質から適宜選定される。またドライエッチン
グ時の他の条件は装置のサイズや構成、基板サイズで異
なるが、本実施例では圧力4Pa、放電電力200Wを
用いた。
Subsequently, dry etching was performed using the silica beads 7 as a mask 7a and CF 4 gas until the mask 7a of the silica beads 7 disappeared. Note that the etching power and gas pressure are appropriately selected from the shapes and film quality of the mask particles and the emitter layer. Other conditions at the time of dry etching differ depending on the size and configuration of the apparatus and the substrate size, but in this embodiment, a pressure of 4 Pa and a discharge power of 200 W were used.

【0067】この条件で、エッチングレートの比が、エ
ミッタ層/マスク=3であるので、シリカビーズの径の
3倍の高さ、すなわち21nmの高さの突起状エミッタ
が作製できた(図3(d))。
Under these conditions, since the ratio of the etching rate is 3 for the emitter layer / mask, a protruding emitter having a height three times the diameter of the silica beads, that is, a height of 21 nm was produced (FIG. 3). (D)).

【0068】以上、本発明により、高さ、ピッチ共に揃
った突起状エミッタ構造が得られた。最後に、レジスト
6を剥離して、電子放出素子を完成し、これを図示しな
い真空チヤンバー内に設置し、素子上部に蛍光体を塗布
した陽極を配置して、下電極2と上電極5の間に素子駆
動電圧Vf、下電極2と陽極の間に高電圧Vaを印加し
た所、輝度ムラのない電子放出特性が得られた。
As described above, according to the present invention, a protruding emitter structure having a uniform height and pitch can be obtained. Finally, the resist 6 is peeled off to complete the electron-emitting device. The electron-emitting device is placed in a vacuum chamber (not shown). When the element driving voltage Vf was applied between the electrodes and the high voltage Va was applied between the lower electrode 2 and the anode, electron emission characteristics without luminance unevenness were obtained.

【0069】[0069]

【発明の効果】上記のように説明された本発明による
と、粒径の揃った球状粒子がエミッタ層上に、稠密に単
層形成され配置されているために、これをマスクとし
て、エッチングを行うことにより、高さ、ピッチ共に揃
った突起状エミッタが得られた。
According to the present invention described above, since spherical particles having a uniform particle size are densely formed as a single layer on the emitter layer and arranged, the etching is performed using the mask as a mask. As a result, a protruding emitter having a uniform height and pitch was obtained.

【0070】また、電子放出素子においては良好な電子
放出特性が得られた。
In the electron-emitting device, good electron-emitting characteristics were obtained.

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

【図1】突起状エミッタの製造方法を説明する図。FIG. 1 is a diagram illustrating a method for manufacturing a projecting emitter.

【図2】突起状エミッタを用いた電子放出素子の製造方
法を説明する図。
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing an electron-emitting device using a projecting emitter.

【図3】突起状エミッタを用いた他の電子放出素子の製
造方法を説明する図。
FIG. 3 is a diagram illustrating a method for manufacturing another electron-emitting device using a projecting emitter.

【図4】従来例の突起状エミッタを用いた電子放出素子
を説明する図。
FIG. 4 is a view for explaining a conventional example of an electron-emitting device using a projecting emitter.

【図5】従来例の突起状エミッタを用いた電子放出素子
の製造方法を説明する図。
FIG. 5 is a view for explaining a method of manufacturing an electron-emitting device using a conventional projection-like emitter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 下電極 3 エミッタ層 4 絶縁層 5 上電極 6 レジスト 7 シリカビーズ 7a マスク 8 突起状エミッタ 9 陽極 10 電子放出素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Lower electrode 3 Emitter layer 4 Insulating layer 5 Upper electrode 6 Resist 7 Silica beads 7a Mask 8 Projection emitter 9 Anode 10 Electron emission element

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 球状粒子をエミッタ層上に配置する工
程、前記球状粒子をマスクとして前記エミッタ層をエッ
チングする工程によって、突起状エミッタを作製するこ
とを特徴とする突起状エミッタの製造方法。
1. A method for manufacturing a projecting emitter, comprising: arranging spherical particles on an emitter layer; and etching the emitter layer using the spherical particles as a mask to produce a projecting emitter.
【請求項2】 前記球状粒子をエミッタ層上に配置する
工程において、前記球状粒子をエミッタ層上に稠密に単
層に配置することを特徴とする請求項1に記載の突起状
エミッタの製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein, in the step of arranging the spherical particles on the emitter layer, the spherical particles are densely arranged in a single layer on the emitter layer. .
【請求項3】 前記球状粒子がシリカビーズであること
を特徴とする請求項1または2に記載の突起状エミッタ
の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the spherical particles are silica beads.
【請求項4】 球状粒子をエミッタ層上に配置する工程
において、シリカビーズを水とアルコールに分散させた
溶液を、エミッタ層上に該シリカビーズが稠密に単層と
なるように塗布することを特徴とする請求項3に記載の
突起状エミッタの製造方法。
In the step of arranging the spherical particles on the emitter layer, it is preferable that a solution in which silica beads are dispersed in water and alcohol is applied onto the emitter layer so that the silica beads are densely formed as a single layer. The method for manufacturing a projecting emitter according to claim 3.
【請求項5】 前記エッチング工程が反応性ガスを用い
たドライエッチングであることを特徴とする請求項1乃
至4のいずれか1項に記載の突起状エミッタの製造方
法。
5. The method according to claim 1, wherein the etching step is dry etching using a reactive gas.
【請求項6】 前記エッチングにおけるエッチングレー
トの比が、エミッタ層/マスク=2以上であることを特
徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の突起状
エミッタの製造方法。
6. The method according to claim 1, wherein an etching rate ratio in the etching is equal to or greater than an emitter layer / mask = 2.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の
方法で製造する突起状エミッタを用いた電子放出素子の
製造方法であって、前記球状粒子をエミッタ層上に配置
する前に、前記球状粒子を配置しない領域にはっ水処理
を行うことを特徴とする電子放出素子の製造方法。
7. A method of manufacturing an electron-emitting device using a projecting emitter manufactured by the method according to claim 1, wherein the spherical particles are arranged on an emitter layer. A method for manufacturing an electron-emitting device, wherein a water repellent treatment is performed on a region where the spherical particles are not arranged.
【請求項8】 絶縁層と前記絶縁層上の上電極とからな
る凸型構造と、下電極とを基板上に有し、前記下電極上
に形成された突起状エミッタを有する電子放出素子の製
造方法であって、 前記突起状エミッタを前記凸型構造の側壁近傍に作製す
ることを特徴とする請求項7記載の電子放出素子の製造
方法。
8. An electron-emitting device comprising: a projecting structure including an insulating layer and an upper electrode on the insulating layer; and a lower electrode on a substrate, and having a projecting emitter formed on the lower electrode. 8. The method according to claim 7, wherein the protruding emitter is formed near a side wall of the convex structure.
【請求項9】 前記球状粒子を形成する前に、少なくと
も前記凸型構造の側壁にはっ水処理を行うことを特徴と
する請求項7または8記載の電子放出素子の製造方法。
9. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 7, wherein a water repellent treatment is performed on at least a side wall of the convex structure before forming the spherical particles.
【請求項10】 前記エミッタ層及び下電極材料は、炭
素、金属、金属の窒化物、金属の炭化物、金属のホウ化
物、半導体、半導体の金属化合物のいずれかにより構成
されていることを特徴とする請求項8に記載の電子放出
素子の製造方法。
10. The emitter layer and the lower electrode material are made of any one of carbon, metal, metal nitride, metal carbide, metal boride, semiconductor, and metal compound of semiconductor. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 8.
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