JP2001167693A - Electron emission element, electron source and image forming device and method of fabricating electron emission element - Google Patents
Electron emission element, electron source and image forming device and method of fabricating electron emission elementInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子を放出するた
めの電子放出素子、および電子放出素子を備えた電子
源、および電子源を備えた画像形成装置、および電子放
出素子の製造方法に関するものである。The present invention relates to an electron-emitting device for emitting electrons, an electron source having the electron-emitting device, an image forming apparatus having the electron source, and a method of manufacturing the electron-emitting device. It is.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、電子放出素子としては、大別して
熱電子放出素子と冷陰極電子放出素子の2種類のものが
知られている。冷陰極電子放出素子には電界放出型(以
下、「FE型」という。)、金属/絶縁層/金属型(以
下、「MIM型」という。)や表面伝導型電子放出素子
等がある。2. Description of the Related Art Conventionally, two types of electron-emitting devices, a thermionic electron-emitting device and a cold cathode electron-emitting device, are known. The cold cathode electron emitting device includes a field emission type (hereinafter, referred to as “FE type”), a metal / insulating layer / metal type (hereinafter, referred to as “MIM type”), a surface conduction type electron emitting device, and the like.
【0003】FE型の例としては、W.P.Dyke
& W.W.Dolan,”Field Emissi
on”,Advance in Electron P
hysics,8,89(1956)あるいはC.A.
Spindt,”PHYSICAL Properti
es of thin−film field emi
ssion cathodes with molyb
denium cones”,J.Appl.Phy
s.,47,5248(1976)等に開示されたもの
が知られている。[0003] As an example of the FE type, W. P. Dyke
& W. W. Dolan, "Field Emissi
on ", Advance in Electron P
physics, 8, 89 (1956) or C.I. A.
Spindt, “PHYSICAL Property
es of thin-film field emi
session cathodes with mollyb
denium cones ", J. Appl. Phys.
s. , 47, 5248 (1976).
【0004】MIM型の例としては、C.A.Mea
d,”Operation of Tunnel−Em
ission Devices,”J. Apply.
Phys.,32,646(1961)等に開示された
ものが知られている。As an example of the MIM type, C.I. A. Mea
d, “Operation of Tunnel-Em
issue Devices, "J. Apply.
Phys. , 32, 646 (1961).
【0005】また、最近の例では、Toshiaki.
Kusunoki,”Fluctuation−fre
e electron emission from
non−formed metal−insulato
r−metal(MIM)cathodes Fabr
icated by low current Ano
dic oxidation”,Jpn.J.App
l.Phys.vol.32(1993)pp.L16
95, Mutsumi suzuki etal ”
An MIM−Cathode Array for
Cathodeluminescent Displa
ys”,IDW’96,(1996)pp.529等が
研究されている。In a recent example, Toshiaki.
Kusunoki, “Fractation-fre
e electron emission from
non-formed metal-insulato
r-metal (MIM) cathodes Fabr
icated by low current Ano
dic oxidation ", Jpn. J. App.
l. Phys. vol. 32 (1993) pp. L16
95, Mutsumi suzuki et al "
An MIM-Cathode Array for
Cathodeluminescent Displa
ys ", IDW'96, (1996) pp. 529 and the like have been studied.
【0006】表面伝導型の例としては、エリンソンの報
告(M.I.Elinson Radio Eng.E
lectron Phys.,10(1965))に記
載のもの等があり、この表面伝導型電子放出素子は、基
板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平行に電流を
流すことにより、電子放出が生ずる現象を利用するもの
である。[0006] As an example of the surface conduction type, a report by Elinson (MI Elinson Radio Eng. E) is available.
electron Phys. , 10 (1965)), and the surface conduction type electron-emitting device emits electrons when a current flows through a small-area thin film formed on a substrate in parallel with the film surface. It utilizes the phenomenon.
【0007】表面伝導型素子では、前記のエリソンの報
告に記載のSnO2薄膜を用いたもの、Au薄膜を用い
たもの、(G.Dittmer.Thin Solid
Films,9,317(1972))、In2O3/
SnO2薄膜によるもの(M.Hartwell an
d C.G.Fonstad,IEEE Trans.
ED Conf.,519(1983))等が報告され
ている。As the surface conduction type devices, those using the SnO 2 thin film, those using the Au thin film described in the above-mentioned report by Ellison, and those using (G. Dittmer. Thin Solid)
Films, 9, 317 (1972)), In 2 O 3 /
According to SnO 2 thin film (M. Hartwell an)
d C.I. G. FIG. Fonstad, IEEE Trans.
ED Conf. , 519 (1983)).
【0008】特開平9−82214号公開公報には、表
面伝導型電子放出素子の電子放出効率を向上させた例が
報告されている。Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82214 discloses an example in which the electron emission efficiency of a surface conduction electron-emitting device is improved.
【0009】ここで、効率とは、表面伝導型電子放出素
子の一対の対向する素子電極に電圧を印加したときに流
れる電流(以降素子電流Ifと呼ぶ)と、これに対する
真空中に放出される電流(以降電子放出電流Ieと呼
ぶ)との電流比をさす。Here, the efficiency refers to a current flowing when a voltage is applied to a pair of opposed device electrodes of the surface conduction electron-emitting device (hereinafter, referred to as a device current If), and is emitted into a vacuum corresponding thereto. It refers to a current ratio to a current (hereinafter referred to as an electron emission current Ie).
【0010】図14を用いてこの例について説明する。
同図において、141は基板、142は電子放出部、1
43は導電性膜、144は陰極側素子電極、145は陽
極側素子電極、146は間隙、147は電界補正電極で
ある。This example will be described with reference to FIG.
In the figure, 141 is a substrate, 142 is an electron-emitting portion, 1
43 is a conductive film, 144 is a cathode side device electrode, 145 is an anode side device electrode, 146 is a gap, and 147 is an electric field correction electrode.
【0011】表面伝導型電子放出素子においては、放出
された電子が低電位電極と高電位電極で形成される電場
内を運動するように構成されており、高電位電極上の電
場の特異点によってアノード電極に到達する電子の割
合、すなわち電子放出効率が左右される。In a surface conduction electron-emitting device, the emitted electrons move in an electric field formed by a low potential electrode and a high potential electrode. The ratio of the electrons reaching the anode electrode, that is, the electron emission efficiency is affected.
【0012】本例では、この電子放出効率を改善するた
めに、低電位電極の外側に電界補正電極147を設置し
ている。In this embodiment, an electric field correction electrode 147 is provided outside the low potential electrode in order to improve the electron emission efficiency.
【0013】これらの表面伝導型電子放出素子において
は、電子放出を行う前に導電性薄膜を予め「通電フォー
ミング」と呼ばれる通電処理によって電子放出部を形成
するのが一般的であった。In these surface conduction electron-emitting devices, it is common to form an electron-emitting portion on a conductive thin film by an energization process called "energization forming" before electron emission.
【0014】この通電フォーミングとは、前述した導電
性薄膜の両側に電圧を印加して通電を行い、導電性薄膜
を局部的に破壊、変形もしくは変質させて、電気的に高
抵抗な状態の電子放出部を形成することである。なお、
電子放出部は導電性薄膜の一部に微小間隙が発生してお
り、その間隙付近から電子放出が行われる。The energization forming is a process in which a current is applied by applying a voltage to both sides of the conductive thin film, and the conductive thin film is locally destroyed, deformed or deteriorated, and an electron in an electrically high resistance state is formed. The formation of the emission part. In addition,
In the electron emitting portion, a minute gap is generated in a part of the conductive thin film, and electrons are emitted from the vicinity of the gap.
【0015】ここで、素子によって間隙の位置が異なる
と、電子放出特性がバラついてしまうという問題かあ
る。Here, there is a problem that if the position of the gap differs depending on the element, the electron emission characteristics vary.
【0016】この問題を解決する手段として、電子放出
部である間隙位置を制御するという目的で、通電フォー
ミングを行なわずに間隙を形成した例として、特開平1
−105445号公開公報や特開平9−55161号公
開公報に開示されたように、垂直型の表面伝導型素子が
提案されている。As a means for solving this problem, Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. Heisei 1 (1999) discloses an example in which a gap is formed without performing energization forming for the purpose of controlling the gap position which is an electron emission portion.
As disclosed in JP-A-105445 and JP-A-9-55161, a vertical surface conduction element has been proposed.
【0017】この例は、図15に示すように、基板15
1上に両素子電極152と154の間に絶縁層153を
介して段差が形成されており、電極対向部に形成された
絶縁層153の側端面に電子放出部155を配置してい
る。In this example, as shown in FIG.
A step is formed between the two device electrodes 152 and 154 via an insulating layer 153 on 1, and an electron emitting portion 155 is arranged on a side end surface of the insulating layer 153 formed on the electrode facing portion.
【0018】また、特開平9−330646号公開公報
に開示されたように、両素子電極の間に絶縁層が挟まれ
た構成となっている素子もある。Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-330646, there is an element having a configuration in which an insulating layer is sandwiched between both element electrodes.
【0019】さらに、電子放出特性を改善するために、
「活性化」と呼ばれる処理を行うことがある。すなわ
ち、この活性化の処理は、前記電子放出部の亀裂の周辺
に炭素、炭素化合物(カーボン)からなる膜を形成する
ものであり、この活性化処理工程には、有機物質を含む
雰囲気で素子にパルス電圧を印加し、炭素、炭素化合物
を亀裂周辺部に堆積させる方法がある。Further, in order to improve the electron emission characteristics,
A process called “activation” may be performed. That is, this activation treatment forms a film made of carbon or a carbon compound (carbon) around the cracks in the electron-emitting portion. In this activation treatment step, the element is formed in an atmosphere containing an organic substance. A method of applying a pulse voltage to carbon and depositing carbon and carbon compounds around the cracks.
【0020】ここで、電子源は、上記のような電子放出
素子を複数具備して構成されるものである。Here, the electron source is provided with a plurality of electron-emitting devices as described above.
【0021】従来、多数の表面伝導型電子放出素子を配
列形成した例としては、並列に表面伝導型電子放出素子
を配列し、個々の表面電動型電子放出素子の両端(両素
子電極)を配線(共通配線)にて各々結線した行を多数
行配列(梯子状配列)した電子源が挙げられる(例え
ば、特開昭64−31332号公開公報、特開平1−2
83749号公開公報、特開平1−257552号公開
公報等)。Conventionally, as an example in which a large number of surface conduction electron-emitting devices are arranged and formed, surface conduction electron-emitting devices are arranged in parallel, and both ends (both device electrodes) of each surface-driven electron emission device are wired. (Common wiring), an electron source in which a plurality of rows each connected by a common line are arranged (ladder-like arrangement) (for example, JP-A-64-31332, JP-A-1-21-2).
No. 83749, Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-257552, etc.).
【0022】また、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。In recent years, in image forming apparatuses such as display apparatuses, flat panel display apparatuses using liquid crystal have been widely used in place of CRTs. However, since they are not self-luminous, they must have a backlight. Therefore, a self-luminous display device has been desired.
【0023】自発光型表示装置としては、表面伝導型電
子放出素子を多数配列した電子源と電子源より放出され
る電子によって、可視光を発光させる蛍光体とを組み合
わせた表示装置である画像形成装置が挙げられる(例え
ば、USP5066883)The self-luminous display device is an image forming device that combines an electron source having a large number of surface conduction electron-emitting devices arranged therein and a phosphor that emits visible light by electrons emitted from the electron source. Devices (eg, US Pat. No. 5,066,883).
【0024】ここで、画像形成装置に用いられる表面伝
導型電子放出素子においては、効率が高く電子放出特性
が安定していることが望ましい。Here, it is desirable that the surface conduction electron-emitting device used in the image forming apparatus has high efficiency and stable electron emission characteristics.
【0025】これは、電子放出効率の低い電子放出素子
を画像形成装置に用いると、必要な放出電流を得るため
に大きな素子電流Ifが必要となり、その結果、消費電
力が大きくなってしまったり、配線抵抗による電圧降下
が大きくなり、輝度むらが生じる原因になるからであ
る。When an electron-emitting device having a low electron-emitting efficiency is used in an image forming apparatus, a large device current If is required to obtain a required emission current. As a result, power consumption increases. This is because the voltage drop due to the wiring resistance increases, which causes luminance unevenness.
【0026】[0026]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術の場合には、下記のような問題が生じて
いた。However, in the case of the above-described prior art, the following problems have occurred.
【0027】上述した従来技術に係る表面伝導型電子放
出素子においては、後述するように、電子放出部から放
出された電子の多くが、直接アノード電極には向かわ
ず、高電位側の導電性薄膜または素子電極に入射してし
まう。In the surface conduction type electron-emitting device according to the prior art described above, as will be described later, most of the electrons emitted from the electron-emitting portion do not directly go to the anode electrode, but the conductive thin film on the high potential side. Or, it is incident on the element electrode.
【0028】このうち、弾性散乱されたものは再びアノ
ードに向かうが、かなりの部分が吸収されてしまうた
め、電子放出効率が低くなってしまう。Of these, the one that has been elastically scattered goes to the anode again, but a considerable portion is absorbed, and the electron emission efficiency is reduced.
【0029】従って、直接アノードへ向かう電子の割合
を増やすことと、上記高電位側の導電性薄膜ないし、素
子電極上での弾性散乱の効率を向上させることが、電子
放出効率の改善の方法として考えられる。Therefore, increasing the ratio of electrons directly toward the anode and improving the efficiency of elastic scattering on the conductive thin film on the high potential side or the device electrode are methods of improving the electron emission efficiency. Conceivable.
【0030】なお、前記特開平9−82214号公開公
報に開示された技術のように補正電極を設置した素子に
おいては、電子放出効率は向上するものの、補正電極の
電位が高く駆動上問題があり、十分な解決には至ってい
なかった。In a device having a correction electrode as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82214, although the electron emission efficiency is improved, the potential of the correction electrode is high and there is a problem in driving. , Has not been fully resolved.
【0031】本発明は上記の従来技術の課題を解決する
ためになされたもので、その目的とするところは、簡易
な構成で電子放出効率の高い電子放出素子、およびこれ
を備えた電子源、およびこれを備えた画像形成装置、お
よび電子放出素子の製造方法を提供することにある。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an electron-emitting device having a simple structure and high electron-emitting efficiency, and an electron source having the same. Another object of the present invention is to provide an image forming apparatus including the same, and a method for manufacturing an electron-emitting device.
【0032】[0032]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にあっては、第1の側壁面を有する第1の層
と、前記第1の側壁面の延長面上に、その面が略一致す
る第2の側壁面を有する第2の層と、 前記第1の側壁
面および第2の側壁面よりも内部に凹んだ位置に、その
面が設けられる第3の側壁面を有し、かつ、前記第1の
層と第2の層との間に設けられる第3の層と、を備えた
電子放出素子であって、前記第1の側壁面上に高電位電
極を設けると共に、前記第2の側壁面上に低電位電極を
設け、これらの電極間の間隙を電子放出部とすることを
特徴とする。In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a first layer having a first side wall surface, and a first layer having a first side wall surface formed on an extension surface thereof. A second layer having a second side wall surface substantially matching with the first side wall surface, and a third side wall surface provided with the surface at a position depressed inward from the first side wall surface and the second side wall surface. And a third layer provided between the first layer and the second layer, wherein a high-potential electrode is provided on the first side wall surface. A low-potential electrode is provided on the second side wall surface, and a gap between these electrodes is used as an electron-emitting portion.
【0033】従って、低電位電極から高電位電極に向か
って放出された電子は、第1の層の厚さ分しか弾性散乱
を行わないため、高電位電極に吸収される割合が減ると
共に、第2の側壁面の位置が凹んでいる分だけ沿面距離
が増し、リーク電流を低減できる。また、第1の層と第
2の層との間に設けられる第3の層の側壁面が凹んだ位
置にあるような構造(リセス構造)部に、高電位電極及
び低電位電極を設けて、これらの間を電子放出部とした
ことで、電子放出部の位置制御を簡易な構成で容易に行
うことができる。Therefore, the electrons emitted from the low potential electrode toward the high potential electrode perform elastic scattering only by the thickness of the first layer, so that the rate of absorption by the high potential electrode is reduced, and The creepage distance increases as much as the position of the side wall surface of the second is concave, and the leak current can be reduced. Further, a high potential electrode and a low potential electrode are provided in a structure (recess structure) in which a side wall surface of a third layer provided between the first layer and the second layer is located at a concave position. The position of the electron emitting portion can be easily controlled with a simple configuration by using the electron emitting portion between these portions.
【0034】基板上に積層された低電位電極層と、該低
電位電極層上に積層された絶縁層と、該絶縁層上に積層
された高電位電極層と、を備え、前記高電位電極は前記
高電位電極層と電気的に接続され、かつ、前記低電位電
極は前記低電位電極層と電気的に接続されると良い。A low-potential electrode layer laminated on the substrate, an insulating layer laminated on the low-potential electrode layer, and a high-potential electrode layer laminated on the insulating layer; Is preferably electrically connected to the high potential electrode layer, and the low potential electrode is electrically connected to the low potential electrode layer.
【0035】前記絶縁層が、前記第1の層,第2の層お
よび第3の層から構成されると良い。It is preferable that the insulating layer includes the first layer, the second layer, and the third layer.
【0036】前記高電位電極層が前記第1の層であり、
前記絶縁層が、前記第2の層および第3の層から構成さ
れると良い。The high potential electrode layer is the first layer,
It is preferable that the insulating layer includes the second layer and the third layer.
【0037】前記第1の層側から第2の層側を見た場合
に、前記低電位電極が前記高電位電極に取り囲まれてい
ると良い。When the second layer side is viewed from the first layer side, it is preferable that the low-potential electrode is surrounded by the high-potential electrode.
【0038】前記第1の層,第2の層および第3の層を
貫通する貫通孔を形成することによって、この貫通孔の
内周面の一部を前記第1の側壁面とすると共に、該貫通
孔の内周面の他の一部を前記第2の側壁面として、これ
らの側壁面上にそれぞれ高電位電極および低電位電極を
設けて、該低電位電極が高電位電極に取り囲まれるよう
にすると良い。By forming a through hole penetrating the first layer, the second layer and the third layer, a part of the inner peripheral surface of the through hole is used as the first side wall surface. The other portion of the inner peripheral surface of the through hole is used as the second side wall surface, and a high potential electrode and a low potential electrode are provided on these side wall surfaces, respectively, so that the low potential electrode is surrounded by the high potential electrode. It is good to do.
【0039】前記高電位電極および低電位電極は、貫通
孔内周の周方向の一部にのみ設けて、該周方向の一部に
のみ前記電子放出部が形成されるようにすると良い。The high-potential electrode and the low-potential electrode are preferably provided only in a part of the inner periphery of the through hole in the circumferential direction, so that the electron emission portion is formed only in a part of the circumferential direction.
【0040】前記高電位電極層を方形状に形成し、該高
電位電極層の一対の両端側に、それぞれ電子放出部を設
けると共に、前記両端側に、それぞれ低電位電極層が広
がるように各層を配置すると良い。The high-potential electrode layer is formed in a square shape, and electron emission portions are provided on both ends of the high-potential electrode layer, and the low-potential electrode layers are spread on both ends. Should be placed.
【0041】前記高電位電極層を方形状に形成し、該高
電位電極層の一対の両端のうちのいずれか片端のみに電
子放出部を設けると共に、前記両端側に、それぞれ低電
位電極層が広がるように各層を配置すると良い。The high-potential electrode layer is formed in a rectangular shape, and an electron emission portion is provided only at one end of a pair of both ends of the high-potential electrode layer. It is good to arrange each layer so that it may spread.
【0042】表面伝導型の電子を放出する素子であると
良い。It is preferable that the element emits surface conduction type electrons.
【0043】また、本発明の電子源にあっては、上記の
電子放出素子を複数配置することを特徴とする。The electron source of the present invention is characterized in that a plurality of the above-mentioned electron-emitting devices are arranged.
【0044】前記電子放出素子がマトリクス配線されて
いると良い。Preferably, the electron-emitting devices are arranged in a matrix.
【0045】また、本発明の画像形成装置にあっては、
上記の電子源を備えると共に、該電子源から放出された
電子によって画像を形成する画像形成部材を備えること
を特徴とする。In the image forming apparatus of the present invention,
In addition to the above-mentioned electron source, an image forming member for forming an image by the electrons emitted from the electron source is provided.
【0046】前記画像形成部材は、電子の衝突によって
発光する蛍光体であると良い。It is preferable that the image forming member is a phosphor which emits light by collision of electrons.
【0047】また、本発明の電子放出素子の製造方法に
あっては、第1の層,第2の層および第3の層が積層さ
れた3層構造を有し、これらの層の側壁面側に電子放出
部が設けられる電子放出素子の製造方法であって、前記
第3の層は、第1の層および第2の層とは異なる材料か
ら構成すると共に、第2の層,第3の層および第1の層
の順に積層する積層工程の後に、前記第2の層のみを所
定量だけ選択エッチングしてリセス構造を形成する工程
と、その後、リセス位置に電子放出部が形成されるよう
に、第1の層および第2の層の側壁面にそれぞれ導電性
薄膜を被覆する工程と、を備えることを特徴とする。The method for manufacturing an electron-emitting device according to the present invention has a three-layer structure in which a first layer, a second layer, and a third layer are laminated, and has a side wall surface of these layers. A method of manufacturing an electron-emitting device in which an electron-emitting portion is provided on a side, wherein the third layer is made of a different material from the first layer and the second layer, and Forming a recess structure by selectively etching only the second layer by a predetermined amount after the laminating step of laminating the first layer and the first layer in order, and thereafter, an electron emission portion is formed at the recess position. Covering the side wall surfaces of the first layer and the second layer with conductive thin films, respectively.
【0048】前記第1の層,第2の層および第3の層
は、絶縁層であると良い。The first, second, and third layers are preferably insulating layers.
【0049】前記第1の層は、前記導電性薄膜に電気的
に接続される高電位電極層であり、前記第2の層および
第3の層は、絶縁層であると良い。It is preferable that the first layer is a high-potential electrode layer electrically connected to the conductive thin film, and the second and third layers are insulating layers.
【0050】[0050]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、この発明
の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただ
し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、
材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載が
ない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣
旨のものではない。Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions of the components described in this embodiment,
The materials, shapes, relative arrangements, and the like are not intended to limit the scope of the present invention only to them unless otherwise specified.
【0051】まず、本発明の実施の形態に係る電子放出
素子を備えた装置の機構について説明する。First, the mechanism of the device provided with the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described.
【0052】本発明の効率の向上についての説明を行う
前に表面伝導型電子放出素子における電子の運動につい
て述べる。始めに、図16を用いて平面型の素子につい
て説明する。Before describing the improvement of the efficiency of the present invention, the motion of electrons in the surface conduction electron-emitting device will be described. First, a planar element will be described with reference to FIG.
【0053】電子放出素子から距離Hを隔てて陽極16
3を構成したときに、素子高電位電極161と素子低電
位電極162の間に印加される電圧をVfとし、素子低
電位電極162と陽極(アノード)163との間に印加
されている電圧Vaを印加する構成において、SID
98 Digest、Okuda,et.alによる
と、素子にはnmオーダーの間隙があり、この素子にV
fを印加すると低電位電極の先端から対向する高電位電
極に向かって電子が放出され、電子が高電位電極の先端
部で電子が等方的に散乱することが分かっている。The anode 16 is separated from the electron-emitting device by a distance H.
3, the voltage applied between the element high potential electrode 161 and the element low potential electrode 162 is Vf, and the voltage Va applied between the element low potential electrode 162 and the anode (anode) 163 is Vf. In the configuration for applying
98 Digest, Okuda, et. According to al, the device has a gap on the order of nm, and this device has a V
It is known that when f is applied, electrons are emitted from the tip of the low-potential electrode toward the opposite high-potential electrode, and the electrons are isotropically scattered at the tip of the high-potential electrode.
【0054】同図において、164は駆動電圧Vfと等
しい等電位面、165はVfよりも高い等電位面であ
る。In the figure, reference numeral 164 denotes an equipotential surface equal to the drive voltage Vf, and 165 denotes an equipotential surface higher than Vf.
【0055】電子放出部周辺にこのような電位分布があ
るために、放出された電子の多くは高電位電極上で数回
の弾性散乱(多重散乱)が繰り返され、特徴距離Xsを
越えた電子が陽極163に到達する。Because of such a potential distribution around the electron emission portion, most of the emitted electrons are repeatedly elastically scattered (multiple scattered) several times on the high-potential electrode, and the electrons exceeding the characteristic distance Xs are repeated. Reaches the anode 163.
【0056】ここで、Xs=HVf/(πVa)であ
り、例えばVa=10[KV],Vf=15[V],H
=2[mm]では、Xsは、約1μm程度である。Here, Xs = HVf / (πVa), for example, Va = 10 [KV], Vf = 15 [V], H
At = 2 [mm], Xs is about 1 μm.
【0057】効率は、多重散乱による電子がXsを越え
るまでの間、多重散乱によって高電位電極に一部吸収さ
れることによる電子数の減少に支配されている。Efficiency is governed by a decrease in the number of electrons due to partial absorption by the high potential electrode due to multiple scattering until electrons due to multiple scattering exceed Xs.
【0058】数十eV程度の電子の散乱に伴い散乱され
る割合βについては明らかでないが、一回につき0.1
から0.5程度と見積もられている。It is not clear about the ratio β that is scattered due to the electron scattering of about several tens eV, but it is 0.1% per one time.
From about 0.5.
【0059】このような散乱機構で、βが1以下である
ことから、真空中に取り出される電子の量はべき乗で減
少していくことが分かる。Since β is 1 or less in such a scattering mechanism, it can be seen that the amount of electrons taken out in a vacuum decreases with a power.
【0060】そこで、効率を向上させるには、Xs内に
おいて電子が高電位電極に散乱されないような構成にす
る必要がある。Therefore, in order to improve the efficiency, it is necessary to adopt a configuration in which electrons are not scattered by the high potential electrode in Xs.
【0061】次に、図17を用いて、本発明の実施の形
態に係る電子放出素子における電子の運動について説明
する。Next, the movement of electrons in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
【0062】図示のように、素子電極間に段差を設け、
その段差側壁に電子放出部を配置すると、低電位電極1
72から放出された電子は、平面型の場合と同様に、高
電位電極171上で多重散乱を繰り返すが、高電位電極
層の上面においては、散乱しようとした電子が、高電位
電極171に衝突されずにそのまま陽極(アノード)1
73に向かう。As shown, a step is provided between the device electrodes,
When the electron emission portion is arranged on the step side wall, the low potential electrode 1
The electrons emitted from 72 repeat multiple scattering on high potential electrode 171 as in the case of the flat type, but on the upper surface of the high potential electrode layer, electrons that are about to scatter collide with high potential electrode 171. Anode (anode) 1 as it is
Go to 73.
【0063】なお、図中、174は駆動電圧Vfと等し
い等電位面、175はVfよりも高い等電位面である。In the figure, reference numeral 174 denotes an equipotential surface equal to the drive voltage Vf, and 175 denotes an equipotential surface higher than Vf.
【0064】このため、高電位電極171の端部の位置
から高電位電極171の層の上部までの長さ(図中T
1)を前述の特徴距離Xsよりも出来るだけ小さい値に
なるように構成することで、多重散乱による効率の減少
を防ぐことが可能となる。Therefore, the length from the position of the end of the high potential electrode 171 to the upper part of the layer of the high potential electrode 171 (T
By configuring 1) such that the value becomes as small as possible than the above-mentioned feature distance Xs, it is possible to prevent a decrease in efficiency due to multiple scattering.
【0065】本発明は、散乱により高電位電極に吸収さ
れてしまう電子を減少させて、効率を向上させるという
目的を達成するために、電子放出部である間隙と高電位
電極の位置制御を、単純な構成で実現されるように鋭意
検討されたものである。According to the present invention, in order to reduce the number of electrons absorbed by the high-potential electrode due to scattering and to improve the efficiency, the position of the gap as the electron-emitting portion and the high-potential electrode is controlled by: It has been studied diligently so as to be realized with a simple configuration.
【0066】次に、効率向上を可能とした本実施の形態
に係る電子放出素子の構成等について述べる。Next, the configuration and the like of the electron-emitting device according to the present embodiment, which can improve the efficiency, will be described.
【0067】図1(a)は本発明の実施の形態に係る電
子放出素子の平面的模式図であり、図1(b)は図1
(a)におけるA−A線での断面図である。また、図2
はこの素子を駆動させた様子を示す模式図である。FIG. 1A is a schematic plan view of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIG.
It is sectional drawing in the AA in (a). FIG.
FIG. 3 is a schematic view showing a state in which this element is driven.
【0068】図1中、2は低電位電極層、3A,3B,
3Cは絶縁層、4は高電位電極層であり、5Aは高電位
電極層4に電気的に接続された導電性材料で形成された
高電位電極であり、絶縁層3Cの側壁面(第1の側壁
面)上に設けられており、5Bは低電位電極層2に電気
的に接続された導電性材料で形成された低電位電極であ
り、絶縁層3Aの側壁面(第2の側壁面)上に設けられ
ており、6は段差側壁において絶縁層3Bの側壁面(第
3の側壁面)を高電位電極層4の側壁面及び絶縁層3
B,3Cの側壁面に比べて内部に凹むように後退させた
リセス部、7は電子放出部となる間隙である。なお、図
1の構成の場合には、絶縁層3Aが第2の層に相当し、
絶縁層3Bが第3の層に相当し、絶縁層3Cが第1の層
に相当する。In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a low potential electrode layer, 3A, 3B,
3C is an insulating layer, 4 is a high-potential electrode layer, 5A is a high-potential electrode formed of a conductive material electrically connected to the high-potential electrode layer 4, and a side wall surface (first side) of the insulating layer 3C. 5B is a low-potential electrode made of a conductive material electrically connected to the low-potential electrode layer 2, and is provided on the side wall surface (the second side wall surface) of the insulating layer 3A. 6) is provided on the side wall surface of the insulating layer 3B (third side wall surface) on the step side wall and the side wall surface of the high potential electrode layer 4 and the insulating layer 3B.
The recessed portions 7 are recessed inward so as to be depressed in comparison with the side wall surfaces of B and 3C, and 7 is a gap serving as an electron emitting portion. In the case of the configuration of FIG. 1, the insulating layer 3A corresponds to the second layer,
The insulating layer 3B corresponds to a third layer, and the insulating layer 3C corresponds to a first layer.
【0069】また、図2において、Vfは素子高電位電
極と素子低電位電極の間に印加される電圧、Ifはこの
時流れる素子電流、Vaは素子低電位電極と陽極(アノ
ード)8の間に印加されている電圧、Ieは電子放出電
流である。In FIG. 2, Vf is a voltage applied between the device high potential electrode and the device low potential electrode, If is a device current flowing at this time, and Va is a voltage between the device low potential electrode and the anode (anode) 8. And Ie is an electron emission current.
【0070】このような配置において、電子の放出部の
拡大模式図を図3に示す。図3において、Dは高電位電
極5Aと低電位電極5Bとの間の間隙距離、T1は間隙
7の高電位電極5Aの端部位置から高電位電極層4の上
部までの距離、T2は間隙7の低電位電極5Bの端部位
置から低電位電極層2の表面までの間の距離である。FIG. 3 is an enlarged schematic view of the electron emission portion in such an arrangement. In FIG. 3, D is a gap distance between the high-potential electrode 5A and the low-potential electrode 5B, T1 is a distance from an end position of the high-potential electrode 5A of the gap 7 to an upper portion of the high-potential electrode layer 4, and T2 is a gap. 7 is the distance from the end position of the low potential electrode 5B to the surface of the low potential electrode layer 2.
【0071】なお、高電位電極とは、広い意味では、高
電位電極層4と導電性材料から形成された高電位電極5
Aを含む電気的に高電位側に接続された全ての電極を意
味するものであり、同様に、低電位電極とは、広い意味
では、低電位電極層2と導電性材料から形成された低電
位電極5Bを含む電気的に低電位側に接続された全ての
電極を意味するものである。The high-potential electrode is, in a broad sense, a high-potential electrode layer 4 and a high-potential electrode 5 formed of a conductive material.
A means all electrodes electrically connected to the high potential side including A. Similarly, the low potential electrode broadly means the low potential electrode layer 2 and the low potential electrode formed from a conductive material. This means all electrodes including the potential electrode 5B that are electrically connected to the lower potential side.
【0072】この素子にVfを印加すると、図3におけ
る低電位電極5Bの先端から対向する高電位電極5Aに
電子31が放出され、放出された電子31は、高電位電
極5Aの先端部で再び等方的に散乱する。When Vf is applied to this element, electrons 31 are emitted from the tip of the low-potential electrode 5B in FIG. 3 to the opposing high-potential electrode 5A, and the emitted electrons 31 return to the tip of the high-potential electrode 5A. Scatters isotropically.
【0073】高電位電極5Aで散乱された電子32の多
くは、前述の通り、高電位電極5Aで数回の弾性散乱
(多重散乱)が繰り返されるが、高電位電極層4の上部
では電子が散乱できずに陽極側に飛び出す。As described above, many of the electrons 32 scattered by the high-potential electrode 5A are repeatedly elastically scattered (multiple scattering) several times by the high-potential electrode 5A. Jumps out to the anode side without scattering.
【0074】散乱した電子の飛行距離は、最大で間隙幅
Dの200倍程度、または前述の特徴距離Xsと見積も
られており、T1を間隙幅Dの200倍または特徴距離
Xsよりもできるだけ小さくする事で陽極側に向かう電
子を増加させる事ができる。The flight distance of the scattered electrons is estimated to be at most about 200 times the gap width D or the above-mentioned characteristic distance Xs, and T1 is set to be as small as 200 times the gap width D or the characteristic distance Xs as much as possible. As a result, the number of electrons traveling toward the anode can be increased.
【0075】これまで説明したように、多重散乱に関わ
るパラメータとしてT1が重要である。As described above, T1 is important as a parameter relating to multiple scattering.
【0076】図18はT1と効率との関係を示す図であ
り、同図において、縦軸は効率(Ie/If)、横軸は
logT1である。FIG. 18 is a graph showing the relationship between T1 and efficiency. In FIG. 18, the vertical axis indicates efficiency (Ie / If), and the horizontal axis indicates logT1.
【0077】これによると、T1が大きくなるに伴い効
率が低下していき、間隙位置が低電位電極層近くなる
と、より効率の低下が顕著となっている事がわかる。According to this, it is understood that the efficiency decreases as T1 increases, and the efficiency decreases more remarkably when the gap position is closer to the low potential electrode layer.
【0078】素子構造を、上記のように、低電位電極層
上に絶縁層と高電位電極層が積層された段差構造にし、
段差側壁に間隙を配置すると、T1は高電位電極層の膜
厚と、段差側壁の間隙位置とで定義される。The element structure is a step structure in which an insulating layer and a high-potential electrode layer are laminated on a low-potential electrode layer as described above,
When a gap is arranged on the step side wall, T1 is defined by the thickness of the high potential electrode layer and the position of the gap on the step side wall.
【0079】高電位電極層の膜厚は寄生抵抗を考慮し、
駆動電圧によって適宜選択され、本実施の形態の構成で
は、通常の薄膜堆積技術により容易に制御可能である。
さらに、本実施の形態では絶縁層側壁にリセスを形成す
る事により、間隙位置を高電位電極直下にする事が可能
である。The thickness of the high-potential electrode layer is determined in consideration of the parasitic resistance.
It is appropriately selected depending on the driving voltage, and in the configuration of the present embodiment, it can be easily controlled by a normal thin film deposition technique.
Further, in the present embodiment, by forming a recess in the side wall of the insulating layer, the gap can be located immediately below the high potential electrode.
【0080】このようにして、T1の制御が可能であ
り、高効率な電子放出素子が提供できる。As described above, T1 can be controlled, and a highly efficient electron-emitting device can be provided.
【0081】以上述べた本発明の実施の形態に係る電子
放出素子について、更に詳細に説明する。The above-described electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in more detail.
【0082】図4を参照して、本発明の実施の形態に係
る電子放出素子の製造方法の一例を説明する。図4は、
本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造工程を順
に示した模式図である。Referring to FIG. 4, an example of a method for manufacturing an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG.
FIG. 4 is a schematic view sequentially showing the manufacturing process of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.
【0083】まず、予め、その表面を十分に洗浄した、
石英ガラス,Na等の不純物含有量を減少させたガラ
ス、青板ガラス及び、シリコン基板等にスパッタ法等に
よってSiO2を積層した積層体,アルミナ等のセラミ
ックス等の絶縁性の基板1上に低電位電極層2を積層す
る。First, the surface was sufficiently cleaned beforehand.
Low potential is placed on an insulating substrate 1 such as quartz glass, glass having a reduced impurity content such as Na, blue plate glass, a laminated body obtained by laminating SiO 2 on a silicon substrate by sputtering or the like, or ceramics such as alumina. The electrode layer 2 is laminated.
【0084】ここで、低電位電極層2は一般的に導電性
を有しており、蒸着法、スパッタ法等の一般的真空成膜
技術、フォトリソグラフィー技術により形成されるもの
である。Here, the low-potential electrode layer 2 generally has conductivity, and is formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method or a sputtering method, or a photolithography technique.
【0085】低電位電極層2の材料は、例えば、Be,
Mg,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,
Al,Cu,Ni,Cr,Au,Pt,Pd等の金属ま
たは合金材料、TiC,ZrC,HfC,TaC,Si
C,WC等の炭化物、HfB 2,ZrB2,LaB6,C
eB6,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
炭素化合物等が適宜選択される。The material of the low potential electrode layer 2 is, for example, Be,
Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W,
Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Pd and other metals
Or alloy materials, TiC, ZrC, HfC, TaC, Si
Carbides such as C and WC, HfB Two, ZrBTwo, LaB6, C
eB6, YBFour, GdBFourBorides such as TiN, ZrN,
Nitride such as HfN, semiconductor such as Si and Ge, organic polymer
Material, amorphous carbon, graphite, diamond
Like carbon, diamond dispersed carbon and
A carbon compound or the like is appropriately selected.
【0086】また、低電位電極層2の厚さとしては、数
十nmから数mmの範囲で設定され、好ましくは数百n
mから数μmの範囲で選択される。The thickness of the low-potential electrode layer 2 is set in the range of several tens nm to several mm, preferably several hundred nm.
It is selected in the range of m to several μm.
【0087】次に、低電位電極層2に続いて絶縁層3A
を堆積する。ここで、絶縁層3Aは、スパッタ法等の一
般的な真空成膜法、CVD法、真空蒸着法で形成され、
その厚さとしては、数nmから数十μmの範囲で設定さ
れ、好ましくは数十nmから数百nmの範囲で選択され
る。Next, following the low potential electrode layer 2, the insulating layer 3A
Is deposited. Here, the insulating layer 3A is formed by a general vacuum film forming method such as a sputtering method, a CVD method, or a vacuum evaporation method.
The thickness is set in the range of several nm to several tens of μm, and is preferably selected in the range of several tens to several hundred nm.
【0088】続いて、絶縁層3A上に後にリセス部分と
なる絶縁層3Bをスパッタ法等の一般的な真空成膜法、
CVD法、真空蒸着法で形成する。その厚さとしては、
数nmから100nmの範囲で設定され、好ましくは数
nmから30nmの範囲から選択される。Subsequently, an insulating layer 3B to be a recess portion later is formed on the insulating layer 3A by a general vacuum film forming method such as sputtering.
It is formed by a CVD method or a vacuum evaporation method. As its thickness,
It is set in the range of several nm to 100 nm, and is preferably selected from the range of several nm to 30 nm.
【0089】更に、絶縁層3Bに続いて絶縁層3Cを堆
積する。絶縁層3Cは、スパッタ法等の一般的な真空成
膜法、CVD法、真空蒸着法で形成され、その厚さとし
ては、数nmから100nmの範囲で設定され、好まし
くは数nmから30nmの範囲で選択される。Further, an insulating layer 3C is deposited following the insulating layer 3B. The insulating layer 3C is formed by a general vacuum film forming method such as a sputtering method, a CVD method, or a vacuum evaporation method, and its thickness is set in a range from several nm to 100 nm, preferably from several nm to 30 nm. Selected by range.
【0090】なお、上記の絶縁層3Bは絶縁層3Aと3
Cに対し、あるエッチャントにより選択的にエッチング
できる材料を適宜選択し、絶縁層3Aと3Bは、例えば
SiO2等絶縁性材料で構成する事がてき、絶縁層3B
は例えばSi3N4や、リン濃度の高いPSG、ホウ素濃
度の高いBSG膜等で構成する事ができる。The above-mentioned insulating layer 3B is formed by insulating layers 3A and 3A.
For C, a material that can be selectively etched by a certain etchant is appropriately selected, and the insulating layers 3A and 3B can be made of an insulating material such as SiO 2.
Can be made of, for example, Si 3 N 4 , PSG having a high phosphorus concentration, BSG film having a high boron concentration, or the like.
【0091】更に、前記絶縁層3Cに続き高電位電極層
4を堆積する。Further, a high potential electrode layer 4 is deposited following the insulating layer 3C.
【0092】この高電位電極層4は、前記低電位電極層
2と同様に導電性を有しており、蒸着法、スパッタ法等
の一般的真空成膜技術、フォトリソグラフィー技術によ
り形成される。The high-potential electrode layer 4 has conductivity similarly to the low-potential electrode layer 2, and is formed by a general vacuum film forming technique such as an evaporation method or a sputtering method, or a photolithography technique.
【0093】高電位電極層4の材料は、例えば、Be,
Mg,Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,
Al,Cu,Ni,Cr,Au,Pt,Pd等の金属ま
たは合金材料、TiC,ZrC,HfC,TaC,Si
C,WC等の炭化物、HfB 2,ZrB2,LaB6,C
eB6,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
炭素化合物等から適宜選択される。The material of the high potential electrode layer 4 is, for example, Be,
Mg, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W,
Al, Cu, Ni, Cr, Au, Pt, Pd and other metals
Or alloy materials, TiC, ZrC, HfC, TaC, Si
Carbides such as C and WC, HfB Two, ZrBTwo, LaB6, C
eB6, YBFour, GdBFourBorides such as TiN, ZrN,
Nitride such as HfN, semiconductor such as Si and Ge, organic polymer
Material, amorphous carbon, graphite, diamond
Like carbon, diamond dispersed carbon and
It is appropriately selected from carbon compounds and the like.
【0094】高電位電極層4の厚さとしては、数十nm
から数mmの範囲で設定され、好ましくは数十nmから
数百nmの範囲で選択される。The thickness of the high-potential electrode layer 4 is several tens of nm.
To a few mm, and preferably in the range of several tens to several hundreds of nm.
【0095】低電位電極層2及び高電位電極層4は、同
一材料でも異種材料でも良く、また、同一形成方法でも
異種方法でも良いが、高電位電極層4は低電位電極層2
に比べてその膜厚が薄い範囲で設定される場合があり、
低抵抗材料が望ましい。The low-potential electrode layer 2 and the high-potential electrode layer 4 may be of the same material or different materials, and may be of the same forming method or different methods.
May be set in a range where the film thickness is thinner than
Low resistance materials are desirable.
【0096】これまでの製造工程で製造された様子を図
4(a)に示している。FIG. 4 (a) shows a state in which the semiconductor device is manufactured by the above-described manufacturing process.
【0097】次に、フォトリソグラフィー技術により、
堆積膜である絶縁層3A,3B,3C及び高電位電極層
4の一部が基板1から取り除かれた段差構造が形成され
る。ただし、本エッチング工程は、低電位電極層2の上
面まで停止しても良いし、低電位電極層2の一部がエッ
チングされても良い。Next, by photolithography technology,
A step structure is formed in which the insulating layers 3A, 3B, 3C, which are the deposited films, and a part of the high potential electrode layer 4 are removed from the substrate 1. However, this etching step may be stopped up to the upper surface of the low potential electrode layer 2 or a part of the low potential electrode layer 2 may be etched.
【0098】ここで、低電位電極層2が下部電極、高電
位電極層4が上部電極となる。Here, the low potential electrode layer 2 is a lower electrode, and the high potential electrode layer 4 is an upper electrode.
【0099】素子電極長さL1(図1(a)参照)は、
素子を構成する材料や抵抗値、電子放出素子の配置によ
り適宜設定される。通常は、数μmから数百μmの範囲
から選択される。The element electrode length L1 (see FIG. 1A) is
It is set as appropriate depending on the material constituting the device, the resistance value, and the arrangement of the electron-emitting devices. Usually, it is selected from the range of several μm to several hundred μm.
【0100】上述した段差の形成手法としては、フォト
レジストのスピンコーティング、マスクパターンの露光
及び現像を行い、ウェットエッチングもしくはドライエ
ッチングで絶縁層3A,3B,3C及び高電位電極層4
の一部が取り除かれる。As a method of forming the above-mentioned step, spin coating of a photoresist, exposure and development of a mask pattern are performed, and insulating layers 3A, 3B, 3C and high potential electrode layer 4 are formed by wet etching or dry etching.
Is partially removed.
【0101】このエッチング工程においては、平滑かつ
垂直なエッチング面が望ましく、それぞれの電極及び絶
縁層の材料に応じて、エッチング方法を選択すれば良
い。In this etching step, a smooth and vertical etching surface is desirable, and an etching method may be selected according to the material of each electrode and insulating layer.
【0102】これまでの製造工程で製造された様子を図
4(b)に示している。FIG. 4B shows a state in which the semiconductor device has been manufactured in the above manufacturing steps.
【0103】続いてウェットエッチング等により段差側
壁にリセス構造6を形成する。Subsequently, a recess structure 6 is formed on the step side wall by wet etching or the like.
【0104】エッチング方法として、例えば、高電位電
極層4の材料としてTa、絶縁層3A,3Cの材料とし
てSiO2、絶縁層3Bの材料としてPSG(リン濃度
10%)を選択し、エッチャントとしてHF(48
%):NH4F(40%)=1:10の割合の溶液を純
水で1%に希釈した物を用いてエッチングすると、絶縁
層3Bが選択的にエッチングされ段差側壁から絶縁層3
Bのみが後退し、リセス構造が形成される。As an etching method, for example, Ta is selected as a material of the high-potential electrode layer 4, SiO 2 is selected as a material of the insulating layers 3A and 3C, PSG (phosphorus concentration is 10%) is selected as a material of the insulating layer 3B, and HF is used as an etchant. (48
%): When a solution having a ratio of NH 4 F (40%) = 1:10 diluted with pure water to 1% is etched, the insulating layer 3B is selectively etched and the insulating layer 3B is removed from the side wall of the step.
Only B recedes, and a recess structure is formed.
【0105】これまでの製造工程で製造された様子を図
4(c)に示している。FIG. 4C shows a state in which the semiconductor device has been manufactured in the above manufacturing steps.
【0106】なお、この製造工程の他例としては、高電
位電極層4にTa等を、絶縁層3A,3CにSiO2、
絶縁層3BにSi3N4を選択し、熱リン酸でエッチング
するなど、エッチャントと高電位電極層4、絶縁層3
A,3B及び3Cの材料を適宜選択することができる。As another example of this manufacturing process, Ta or the like is used for the high-potential electrode layer 4, SiO2 is used for the insulating layers 3A and 3C,
An etchant, a high-potential electrode layer 4, and an insulating layer 3 are selected by selecting Si 3 N 4 for the insulating layer 3B and etching with hot phosphoric acid.
Materials of A, 3B and 3C can be appropriately selected.
【0107】このリセス構造があるために、後にこの部
分に電子放出部が形成される事になる。また、絶縁層3
Bを後退させる事により、沿面距離が長くなるため、駆
動時に両電極間に流れるリーク電流を減少させ、電子放
出効率を増加させる効果もある。Because of this recess structure, an electron emission portion will be formed later in this portion. Also, the insulating layer 3
By retreating B, the creepage distance becomes longer, so that there is also an effect of reducing the leak current flowing between the two electrodes during driving and increasing the electron emission efficiency.
【0108】絶縁層3Bが後退して形成されるリセスの
深さとしては、深ければ深いほどリーク電流減少効果が
期待できるが、絶縁層3Bの上層が崩れ落ちる事のない
程度に、絶縁層3Bの厚さ等により適宜設定される。As the depth of the recess formed by the recess of the insulating layer 3B, the effect of reducing the leak current can be expected as the depth increases, but the depth of the insulating layer 3B is reduced to such an extent that the upper layer of the insulating layer 3B does not collapse. It is set appropriately according to the thickness and the like.
【0109】なお、図4では絶縁層を3層構造にして、
その中間層を窪ませて、リセス構造を作製しているが、
後述する図10に示すように、絶縁層を2層構造にして
上部電極層直下にリセス構造を作製することもできる。In FIG. 4, the insulating layer has a three-layer structure.
The recessed structure is created by depressing the intermediate layer,
As shown in FIG. 10, which will be described later, a recess structure can be formed immediately below the upper electrode layer by forming the insulating layer into a two-layer structure.
【0110】また、リセスは、段差を形成するエッチン
グ段階で同時に形成する事もできる。The recess can be formed at the same time as the etching step for forming the step.
【0111】次に、リセス部6を有する段差側壁に低電
位電極層2から高電位電極層4まで導電性薄膜5を被覆
させる。ここで側壁のリセス部6があるために、導電性
薄膜5に電子放出部となるべき間隙7が形成される。Next, a conductive thin film 5 is coated on the step side wall having the recess 6 from the low potential electrode layer 2 to the high potential electrode layer 4. Here, the presence of the recessed portion 6 in the side wall forms a gap 7 in the conductive thin film 5 to be an electron emitting portion.
【0112】この導電性薄膜5に用いる材料としては、
Pt,Ru,Ag,Au,Ti,In,Cu,Cr,F
e,Zn,Sn,Ta,W,Pd等の金属や、カーボ
ン、LaB6、HfC等の仕事関数の低い物質であり、
その膜厚は導電性を確保するために材料のもつ比抵抗に
もよるが、少なくとも10nm以上にする事が好まし
い。The material used for the conductive thin film 5 is as follows.
Pt, Ru, Ag, Au, Ti, In, Cu, Cr, F
e, Zn, Sn, Ta, W, Pd and other metals, and carbon, LaB 6 , HfC and other materials having a low work function;
The film thickness depends on the specific resistance of the material in order to secure conductivity, but is preferably at least 10 nm or more.
【0113】また、段差側壁に導電性薄膜5を被覆させ
た後、前述の通電フォーミングにより間隙7を形成する
場合には、導電性薄膜5の材料としては比較的高抵抗で
あるPdO,SnO2,In2O3,PbO,Sb2O3等
の酸化物、HfB2,ZrB2,LaB6,CeB6,YB
4,GdB4等の硼化物、TiC,ZrC,HfC,Ta
C,SiC,WC等の炭化物、TiN,ZrN,FfN
等の窒化物、Si,Ge等の半導体、カーボン、AgM
g,NiCu,Pb,Sn等が用いられ、その抵抗値
は、103〜107Ω/□のシート抵抗値を示す。When the gap 7 is formed by energization forming after the conductive thin film 5 is coated on the step side wall, PdO and SnO 2 , which have relatively high resistance, are used as the material of the conductive thin film 5. , in 2 O 3, PbO, oxides such as Sb 2 O 3, HfB 2, ZrB 2, LaB 6, CeB 6, YB
4, GdB boride such as 4, TiC, ZrC, HfC, Ta
Carbides such as C, SiC, WC, etc., TiN, ZrN, FfN
Nitride, etc., semiconductors such as Si, Ge, carbon, AgM
g, NiCu, Pb, Sn, etc. are used, and the resistance value shows a sheet resistance value of 10 3 to 10 7 Ω / □.
【0114】なお、その膜厚はフォーミングにより亀裂
を形成しやすいように数nmと薄く設定する必要があ
る。It is necessary to set the film thickness as thin as several nm so that a crack is easily formed by forming.
【0115】前記導電性薄膜(もしくは高抵抗膜)5の
成膜法は、フォトリソグラフィー,斜方蒸着,スパッタ
法等から適宜選択される。例えば、絶縁層3Bの膜厚を
薄く(数十nm程)設定している場合には、斜方蒸着法
が有利であり、段差側壁に対して斜め上方向から前記導
電性薄膜(もしくは高抵抗膜)5を蒸着する事で、段差
側壁に一様に膜付けし、リセス部分に間隙7を形成する
事ができる。The method of forming the conductive thin film (or high resistance film) 5 is appropriately selected from photolithography, oblique deposition, sputtering and the like. For example, when the thickness of the insulating layer 3B is set to be thin (about several tens of nm), the oblique deposition method is advantageous, and the conductive thin film (or the high resistance) is obliquely directed upward from the step side wall. By depositing the film 5, the film can be uniformly applied to the step side wall and the gap 7 can be formed in the recessed portion.
【0116】これまでの製造工程で製造された様子を図
4(d)に示している。FIG. 4D shows a state in which the semiconductor device is manufactured by the above-described manufacturing process.
【0117】前記導電性薄膜(もしくは高抵抗膜)5を
堆積する領域の長さL2(図1(a)参照)は、前記高
電位電極長L1と同じ長さもしくは、短い長さで設定さ
れ、電子放出長,素子構成,素子の配置により適宜選択
される。The length L2 (see FIG. 1A) of the region where the conductive thin film (or high-resistance film) 5 is deposited is set to the same length as the high-potential electrode length L1 or to a shorter length. , Electron emission length, element configuration, and element arrangement.
【0118】次に、低電位電極層2及び高電位電極層4
にパルス電圧を印加し、導電性薄膜(もしくは高抵抗
膜)5に通電し、リセス部6に間隙7が形成されている
事を確認する。Next, the low potential electrode layer 2 and the high potential electrode layer 4
, A current is applied to the conductive thin film (or high-resistance film) 5, and it is confirmed that the gap 7 is formed in the recess 6.
【0119】導電性薄膜(もしくは高抵抗膜)5に間隙
7が形成されていなかった場合には、この段階でリセス
部6に間隙7が形成される(図4(e)参照)。If the gap 7 has not been formed in the conductive thin film (or high-resistance film) 5, the gap 7 is formed in the recess 6 at this stage (see FIG. 4E).
【0120】さらに、本発明の実施の形態に係る電子放
出素子では、電子放出部を形成する際に、有機材料の存
在下で、低電位電極層2及び高電位電極層4に電圧を印
加することによって、電子放出領域に炭素を生成し電子
放出点を形成する活性化と呼ばれる工程を行う場合があ
る。Furthermore, in the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, when forming the electron-emitting portion, a voltage is applied to the low-potential electrode layer 2 and the high-potential electrode layer 4 in the presence of an organic material. As a result, a process called activation for generating carbon in the electron emission region and forming an electron emission point may be performed.
【0121】本行程で生成する炭素とは、例えばグラフ
ァイトや非晶質カーボンである。The carbon generated in this step is, for example, graphite or amorphous carbon.
【0122】ここで、グラファイトとは、いわゆるHO
PG,PG,GCを包含するものであり、HOPGはほ
ぼ完全なグラファイトの結晶構造、PGは結晶粒が2.
0×10-8m程度で結晶構造がやや乱れたもの、GCは
結晶粒が2.0×10-9m程度になり結晶構造の乱れが
更に大きくなったものを指す。Here, graphite is a so-called HO
PG, PG, and GC are included, and HOPG has a crystal structure of almost perfect graphite, and PG has a crystal grain of 2.
GC refers to a crystal with a disordered crystal structure of about 0 × 10 −8 m, and GC refers to a crystal with a crystal grain of about 2.0 × 10 −9 m and further disordered crystal structure.
【0123】また、非晶質カーボンとは、アモルファス
カーボン及び、アモルファスカーボンと前記グラファイ
トの微結晶の混合物を指すものである。The term “amorphous carbon” refers to amorphous carbon and a mixture of amorphous carbon and the fine crystals of graphite.
【0124】本行程で用いる真空処理装置について図5
を用いて説明する。FIG. 5 shows a vacuum processing apparatus used in this process.
This will be described with reference to FIG.
【0125】図5において、55は真空容器であり、5
6は排気ポンプであり、57は電子放出素子の段差の側
壁において、炭素を生成する際に用いられる有機ガスの
有機ガス供給源である。In FIG. 5, reference numeral 55 denotes a vacuum vessel;
Reference numeral 6 denotes an exhaust pump, and 57 denotes an organic gas supply source of an organic gas used for generating carbon on the side wall of the step of the electron-emitting device.
【0126】真空容器55内には本発明の実施の形態に
係る素子が配置されている。即ち、1は基板、2は低電
位電極層(下部電極)、3は絶縁層、4は高電位電極層
(上部電極)、5は導電性薄膜(もしくは高抵抗膜)、
7は電子放出部となる間隙、51は電子放出素子に素子
電圧Vfを印加するための電源、50は低電位電極層2
と高電位電極層4との間を流れる素子電流Ifを測定す
るための電流計、54は素子より放出される電流を補足
するためのアノード電極である。An element according to the embodiment of the present invention is arranged in a vacuum vessel 55. That is, 1 is a substrate, 2 is a low potential electrode layer (lower electrode), 3 is an insulating layer, 4 is a high potential electrode layer (upper electrode), 5 is a conductive thin film (or high resistance film),
7, a gap serving as an electron emitting portion; 51, a power supply for applying a device voltage Vf to the electron emitting device; 50, a low potential electrode layer 2;
An ammeter for measuring a device current If flowing between the device and the high-potential electrode layer 4, and an anode electrode 54 for supplementing a current emitted from the device.
【0127】また、53はアノード電極54に電圧を印
加するための高電圧源、52は電子放出素子より放出さ
れる放出電流を測定するための電流計である。Reference numeral 53 denotes a high voltage source for applying a voltage to the anode electrode 54, and reference numeral 52 denotes an ammeter for measuring the emission current emitted from the electron-emitting device.
【0128】一例として、アノード電極の電圧を0〜1
0kVの範囲として、アノード電極と電子放出素子との
距離Hを100μm〜8mmの範囲として測定を行うこ
とができる。As an example, the voltage of the anode electrode is set to 0 to 1
The measurement can be performed with the range of 0 kV and the distance H between the anode electrode and the electron-emitting device in the range of 100 μm to 8 mm.
【0129】真空容器55内には、不図示の真空計等の
真空雰囲気下での測定に必要な機器が設けられていて、
所望の真空雰囲気下での測定評価を行えるようになって
いる。In the vacuum container 55, there are provided devices necessary for measurement in a vacuum atmosphere such as a vacuum gauge (not shown).
The measurement and evaluation can be performed in a desired vacuum atmosphere.
【0130】また、排気ポンプ56は、ターボポンプ,
ロータリーポンプからなる通常の高真空装置系と、更に
イオンポンプ等からなる超高真空装置系とにより構成さ
れている。The exhaust pump 56 is a turbo pump,
It is composed of a normal high vacuum system including a rotary pump and an ultra high vacuum system including an ion pump.
【0131】以上の構成により、真空容器55に基板1
を配置して、その後排気して、真空雰囲気にした後に、
有機ガス供給源57より有機ガスを真空容器55に導入
し、有機物質のガスを含有する雰囲気下で、低電位電極
層2及び高電位電極層4に電圧を印加する。With the above configuration, the substrate 1 is
After evacuating and evacuating to a vacuum atmosphere,
An organic gas is introduced into the vacuum vessel 55 from the organic gas supply source 57, and a voltage is applied to the low potential electrode layer 2 and the high potential electrode layer 4 in an atmosphere containing an organic substance gas.
【0132】電圧変形は、パルス波形で繰り返し印加さ
れる。これには、パルス波高値を定電圧としたパルスを
連続的に印加する方法や、パルス波高値を増加させなが
ら、電圧パルスを印加する方法がある。The voltage deformation is repeatedly applied in a pulse waveform. This includes a method of continuously applying a pulse having a pulse peak value of a constant voltage, and a method of applying a voltage pulse while increasing the pulse peak value.
【0133】ここで、炭素を生成する際の好ましい有機
物質のガス分圧は、炭素の形態,真空容器の形状や有機
物質の種類等により異なるが、場合に応じて適宜設定さ
れる。Here, the preferable gas partial pressure of the organic substance for producing carbon varies depending on the form of the carbon, the shape of the vacuum vessel, the type of the organic substance, and the like, but is appropriately set according to the case.
【0134】適当な有機物質としては、アルカン,アル
ケンの脂肪族炭化水素類,芳香族炭化水素類,アルコー
ル類,アルデヒド類,ケトン類,アミン類、フェノー
ル,カルボン,スルホン酸等の有機酸類等で、具体的に
は、メタン,エタン,プロパン等のCnH2n+2で表され
る飽和炭化水素、エチレン,プロピレン等のCnH2n等
の組成式で表される不飽和炭化水素の他、ベンゼン,ト
ルエン,メタノール,エタノール,ホルムアルデヒド,
アセトアルデヒド,アセトン,メチルエチルケトン,メ
チルアミン,エチルアミン,フェノール,蟻酸,酢酸,
プロピオン酸等が使用できる。Suitable organic substances include aliphatic hydrocarbons of alkanes and alkenes, aromatic hydrocarbons, alcohols, aldehydes, ketones, amines, and organic acids such as phenol, carboxylic acid and sulfonic acid. Specifically, other than saturated hydrocarbons represented by C n H 2n + 2 such as methane, ethane and propane, unsaturated hydrocarbons represented by a composition formula such as C n H 2n such as ethylene and propylene, etc. , Benzene, toluene, methanol, ethanol, formaldehyde,
Acetaldehyde, acetone, methyl ethyl ketone, methylamine, ethylamine, phenol, formic acid, acetic acid,
Propionic acid or the like can be used.
【0135】この炭素生成行程により、低電位電極層2
と高電位電極層4との間、もしくはリセス部に形成され
た間際の間に、雰囲気中に存在する有機物質から炭素を
堆積して、低電圧で電子放出が可能な形状を形成する。By this carbon generation step, the low potential electrode layer 2
Between the electrode and the high potential electrode layer 4 or immediately before being formed in the recess, carbon is deposited from an organic substance existing in the atmosphere to form a shape capable of emitting electrons at a low voltage.
【0136】さらに、この活性化工程の後に、安定化工
程と呼ばれる処理を行う場合がある。Further, after this activation step, a process called a stabilization step may be performed.
【0137】本工程は、真空容器内の有機物質を排気す
る工程で、その真空容器内の圧力は、1.3×10-5P
a以下が好ましく、さらに1.3×10-6Pa以下が特
に好ましい。In this step, the organic substance in the vacuum vessel is evacuated, and the pressure in the vacuum vessel is 1.3 × 10 −5 P
a or less, more preferably 1.3 × 10 −6 Pa or less.
【0138】ここで、真空容器内を排気する場合は、装
置から発生するオイル等が混入し、素子特性に影響を与
えないように、ソープションポンプ、イオンポンプ等の
オイルを用いない真空排気系が好ましい。Here, when evacuating the inside of the vacuum container, a vacuum exhaust system such as a sorption pump or an ion pump, which does not use oil, is used so that oil or the like generated from the apparatus is mixed and does not affect the element characteristics. Is preferred.
【0139】さらに、真空容器を排気する場合は、真空
容器全体を加熱して、真空容器内壁や、電子放出素子に
吸着した有機物質分子を排気しやすくするのが好まし
い。この時の加熱温度は、80℃から200℃で5時間
以上が望ましいが、特にこの条件に限るものではなく、
真空容器の大きさ、形状、電子放出素子の構成等により
適宜選択される。Further, when the vacuum vessel is evacuated, it is preferable to heat the entire vacuum vessel so that the organic substance molecules adsorbed on the inner wall of the vacuum vessel and the electron-emitting device can be easily evacuated. The heating temperature at this time is preferably from 80 ° C. to 200 ° C. for 5 hours or more, but is not particularly limited to this condition.
It is appropriately selected depending on the size and shape of the vacuum vessel, the configuration of the electron-emitting device, and the like.
【0140】本発明の実施の形態に係る電子放出素子を
適用可能な応用例について、以下に述べる。すなわち、
本発明の実施の形態に係る電子放出素子を基体上に複数
個配列し、例えば電子源あるいは、画像形成装置を構成
することができる。An application example to which the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention can be applied will be described below. That is,
By arranging a plurality of electron-emitting devices according to the embodiment of the present invention on a base, for example, an electron source or an image forming apparatus can be configured.
【0141】電子放出素子の配列については、種々のも
のを採用できる。Various arrangements of the electron-emitting devices can be adopted.
【0142】一例として、並列に配置した多数の電子放
出素子の個々を両端で接続し、電子放出素子の行を多数
個配し(行方向と呼ぶ)、この配線と直交する方向(列
方向と呼ぶ)で、この電子放出素子の上方に配した制御
電極(グリッドとも呼ぶ)により、電子放出素子からの
電子を制御駆動するはしご状配置のものがある。As an example, each of a large number of electron-emitting devices arranged in parallel is connected at both ends, a large number of rows of electron-emitting devices are arranged (referred to as a row direction), and a direction perpendicular to the wiring (column direction). In some cases, a control electrode (also referred to as a grid) disposed above the electron-emitting device controls the electrons from the electron-emitting device in a ladder-like arrangement.
【0143】また、これとは別に、電子放出素子をX方
向及びY方向に行列状に複数個配し、同じ行に配された
複数の電子放出素子の電極の一方を、X方向の配線に共
通に接続し、同じ列に配された複数の電子放出素子の電
極の他方を、Y方向の配線に共通に接続するものが挙げ
られる。Separately, a plurality of electron-emitting devices are arranged in a matrix in the X and Y directions, and one of the electrodes of the plurality of electron-emitting devices arranged in the same row is connected to the wiring in the X direction. One commonly connected and the other of the electrodes of a plurality of electron-emitting devices arranged in the same column is commonly connected to a wiring in the Y direction.
【0144】このようにマトリクス配線されているもの
は、所謂単純マトリクス配置である。まず単純マトリク
ス配置について以下に詳述する。What is matrix-wired in this manner is a so-called simple matrix arrangement. First, the simple matrix arrangement will be described in detail below.
【0145】本発明の実施の形態に係る表面伝導型電子
放出素子においては、表面伝導型電子放出素子からの放
出電子は、しきい値電圧以上では、対向する素子電極間
に印加するパルス状電圧の波高値と巾で制御できる。In the surface-conduction electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, when the electrons emitted from the surface-conduction electron-emitting device exceed a threshold voltage, a pulse-like voltage applied between opposing device electrodes is applied. Can be controlled by the peak value and width.
【0146】一方、しきい値電圧以下では、殆ど放出さ
れない。この特性によれば、多数の電子放出素子を配置
した場合においても、個々の素子に、パルス状電圧を適
宜印加すれば、入力信号に応じて、表面伝導型電子放出
素子を選択して電子放出量を制御できる。On the other hand, when the voltage is lower than the threshold voltage, almost no light is emitted. According to this characteristic, even when a large number of electron-emitting devices are arranged, if a pulse-like voltage is appropriately applied to each of the devices, a surface-conduction electron-emitting device is selected according to an input signal to emit electrons. You can control the amount.
【0147】以下、この原理に基づき、本発明の実施の
形態に係る電子放出素子を複数配して得られる電子源お
よび電子源を備えた画像形成装置について、図6を用い
て説明する。Hereinafter, based on this principle, an electron source obtained by disposing a plurality of electron-emitting devices according to the embodiment of the present invention and an image forming apparatus provided with the electron source will be described with reference to FIG.
【0148】図6において、61は電子源基体、62は
X方向配線、63はY方向配線であり、また、64は本
発明の実施の形態に係る表面伝導型電子放出素子、65
は結線である。In FIG. 6, reference numeral 61 denotes an electron source substrate, 62 denotes an X-direction wiring, 63 denotes a Y-direction wiring, 64 denotes a surface conduction electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, and 65 denotes
Is a connection.
【0149】m本のX方向配線62は、DX1,DX2,
…DXmからなり、真空蒸着法,印刷法,スパッタ法等
を用いて形成された導電性金属等で構成することができ
る。配線の材料、膜厚、巾は、適宜設計される。The m X-directional wirings 62 are DX 1 , DX 2 ,
... consists DX m, a vacuum evaporation method, printing method, it can be composed of a formed conductive metal or the like by sputtering or the like. The material, thickness, and width of the wiring are appropriately designed.
【0150】Y方向配線63は、DY1,DY2,…DY
nのn本の配線よりなり、X方向配線62と同様に形成
される。これらm本のX方向配線62とn本のY方向配
線63との間には、不図示の層間絶縁層が設けられてお
り、両者を電気的に分離している(m,nは、共に正の
整数)。The Y-direction wiring 63 includes DY 1 , DY 2 ,.
It is composed of n wirings and is formed in the same manner as the X-directional wiring 62. An interlayer insulating layer (not shown) is provided between the m X-directional wirings 62 and the n Y-directional wirings 63 to electrically separate them (m and n are both Positive integer).
【0151】不図示の層間絶縁層は、真空蒸着法,印刷
法,スパッタ法等を用いて形成されたSiO2等で構成
される。例えば、X方向配線62を形成した電子源基体
61の全面或は一部に所望の形状で形成され、特に、X
方向配線62とY方向配線63の交差部の電位差に耐え
得るように、膜厚、材料、製法が、適宜設定される。X
方向配線62とY方向配線63は、それぞれ外部端子と
して引き出されている。The interlayer insulating layer (not shown) is made of SiO 2 or the like formed by using a vacuum deposition method, a printing method, a sputtering method, or the like. For example, the electron source substrate 61 on which the X-directional wiring 62 is formed is formed in a desired shape on the entire surface or a part thereof.
The film thickness, material, and manufacturing method are appropriately set so as to withstand the potential difference at the intersection of the directional wiring 62 and the Y-directional wiring 63. X
The directional wiring 62 and the Y-directional wiring 63 are respectively drawn as external terminals.
【0152】表面伝導型電子放出素子64を構成する一
対の電極(不図示)は、m本のX方向配線62とn本の
Y方向配線63と導電性金属等からなる結線65によっ
て電気的に接続されている。A pair of electrodes (not shown) constituting the surface conduction electron-emitting device 64 are electrically connected by m X-directional wirings 62, n Y-directional wirings 63, and a connection 65 made of a conductive metal or the like. It is connected.
【0153】配線62と配線63を構成する材料、結線
65を構成する材料及び一対の素子電極を構成する材料
は、その構成元素の一部あるいは全部が同一であって
も、またそれぞれ異なってもよい。これら材料は、例え
ば前述の素子電極の材料より適宜選択される。The material forming the wirings 62 and 63, the material forming the connection 65, and the material forming the pair of element electrodes may be the same or different in some or all of the constituent elements. Good. These materials are appropriately selected, for example, from the above-described materials for the device electrodes.
【0154】素子電極を構成する材料と配線材料が同一
である場合には、素子電極に接続した配線は素子電極と
いうこともできる。When the material forming the element electrode is the same as the wiring material, the wiring connected to the element electrode can be called an element electrode.
【0155】X方向配線62には、X方向に配列した表
面伝導型電子放出素子64の行を選択するための走査信
号を印加する、不図示の走査信号印加手段が接続され
る。一方、Y方向配線63には、Y方向に配列した表面
伝導型電子放出素子64の各列を入力信号に応じて変調
するための、不図示の変調信号発生手段が接続される。The X-direction wiring 62 is connected to a scanning signal applying means (not shown) for applying a scanning signal for selecting a row of the surface conduction electron-emitting devices 64 arranged in the X-direction. On the other hand, a modulation signal generating means (not shown) for modulating each column of the surface conduction electron-emitting devices 64 arranged in the Y direction according to an input signal is connected to the Y-direction wiring 63.
【0156】各電子放出素子に印加される駆動電圧は、
当該素子に印加される走査信号と変調信号の差電圧とし
て供給される。The driving voltage applied to each electron-emitting device is
It is supplied as a difference voltage between the scanning signal and the modulation signal applied to the element.
【0157】上記構成においては、単純なマトリクス配
線を用いて、個別の素子を選択して、独立に駆動可能と
することができる。In the above configuration, individual elements can be selected and driven independently using simple matrix wiring.
【0158】このような単純マトリクス配置の電子源を
用いて構成した画像形成装置について、図7を用いて説
明する。図7は画像形成装置の表示パネルの一例を示す
模式図である。An image forming apparatus configured using such an electron source having a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a display panel of the image forming apparatus.
【0159】図7において、61は電子放出素子を複数
配した電子源基体、71は電子源基体61を固定したリ
アプレート、76はガラス基体73の内面に画像形成部
材としての蛍光体である蛍光膜74とメタルバック75
等が形成されたフェースプレートである。In FIG. 7, reference numeral 61 denotes an electron source substrate on which a plurality of electron-emitting devices are arranged; 71, a rear plate on which the electron source substrate 61 is fixed; and 76, a fluorescent material serving as an image forming member on the inner surface of a glass substrate 73. Film 74 and metal back 75
And the like are formed on the face plate.
【0160】また、72は支持枠であり、この支持枠7
2には、リアプレート71、フェースプレート76がフ
リットガラス等を用いて接続されている。77は外囲器
であり、例えば大気中あるいは、窒素中で、400〜5
00度の温度範囲で10分以上焼成することで、封着し
て構成される。Reference numeral 72 denotes a support frame.
2, a rear plate 71 and a face plate 76 are connected using frit glass or the like. Reference numeral 77 denotes an envelope, for example, in the atmosphere or in nitrogen,
By baking for 10 minutes or more in a temperature range of 00 degrees, the structure is sealed.
【0161】また、64は、図1における電子放出素子
に相当するものであり、62,63は、表面伝導型電子
放出素子の一対の素子電極と接続されたX方向配線及び
Y方向配線である。Reference numeral 64 corresponds to the electron-emitting device in FIG. 1. Reference numerals 62 and 63 denote an X-direction wiring and a Y-direction wiring connected to a pair of device electrodes of the surface conduction electron-emitting device. .
【0162】外囲器77は、上述の如く、フェースプレ
ート76、支持枠72、リアプレート71で構成され
る。ここで、リアプレート71は主に基体61の強度を
補強する目的で設けられるため、基体61自体で十分な
強度を持つ場合には、別体のリアプレート71は不要と
することができる。The envelope 77 includes the face plate 76, the support frame 72, and the rear plate 71 as described above. Here, since the rear plate 71 is provided mainly for the purpose of reinforcing the strength of the base 61, if the base 61 itself has sufficient strength, the separate rear plate 71 can be unnecessary.
【0163】即ち、基体61に直接支持枠72を封着
し、フェースプレート76,支持枠72及び基体61で
外囲器77を構成しても良い。一方、フェースプレート
76とリアプレート71との間に、スペーサーとよばれ
る不図示の支持体を設置することにより、大気圧に対し
て十分な強度をもつ外囲器77を構成することもでき
る。That is, the support frame 72 may be directly sealed to the base 61, and the envelope 77 may be constituted by the face plate 76, the support frame 72, and the base 61. On the other hand, by providing a support (not shown) called a spacer between the face plate 76 and the rear plate 71, the envelope 77 having sufficient strength against atmospheric pressure can be formed.
【0164】尚、本発明の実施の形態に係る電子放出素
子を用いた画像形成装置では、放出した電子軌道を考慮
して、素子上部に蛍光体をアライメントして配置する。In the image forming apparatus using the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention, the phosphor is aligned above the device in consideration of the emitted electron trajectory.
【0165】図8は、本件のパネルに使用した蛍光膜を
示す模式図である。カラーの蛍光膜の場合は、蛍光体の
配列により図8(a)に示すブラックストライプあるい
は図8(b)に示すブラックマトリクスなどと呼ばれる
黒色導電材81と蛍光体82とから構成すると良い。FIG. 8 is a schematic diagram showing the fluorescent film used for the panel of the present invention. In the case of a color fluorescent film, it is preferable to use a black conductive material 81 called a black stripe shown in FIG. 8A or a black matrix shown in FIG.
【0166】次に、単純マトリクス配置の電子源を用い
て構成した表示パネルに、NTSC方式のテレビ信号に
基づいたテレビジョン表示を行うための駆動回路の構成
例について、図9を用いて説明する。Next, an example of the configuration of a driving circuit for performing television display based on NTSC television signals on a display panel configured using electron sources in a simple matrix arrangement will be described with reference to FIG. .
【0167】図9において、91は画像表示パネル、9
2は走査回路、93は制御回路、94はシフトレジスタ
である。95はラインメモリ、96は同期信号分離回
路、97は変調信号発生器、VxおよびVaは直流電圧
源である。In FIG. 9, reference numeral 91 denotes an image display panel;
2 is a scanning circuit, 93 is a control circuit, and 94 is a shift register. 95 is a line memory, 96 is a synchronizing signal separation circuit, 97 is a modulation signal generator, and Vx and Va are DC voltage sources.
【0168】表示パネル91は、端子Dox1乃至Do
xm、端子Doy1乃至Doyn、及び高圧端子Hvを
介して外部の電気回路と接続している。The display panel 91 has terminals Dox1 to Dox
xm, terminals Doy1 to Doyn, and a high voltage terminal Hv are connected to an external electric circuit.
【0169】端子Dox1乃至Doxmには、表示パネル
内に設けられている電子源、即ち、M行N列の行列状に
マトリクス配線された表面伝導型電子放出素子群を一行
(N素子)ずつ順次駆動する為の走査信号が印加され
る。Terminals Dox 1 to Dox m are provided with an electron source provided in the display panel, that is, a group of surface conduction electron-emitting devices arranged in a matrix of M rows and N columns in one row (N elements). A scanning signal for sequentially driving each is applied.
【0170】一方、端子Doy1乃至Doynには、走査
信号により選択された一行の表面伝導型電子放出素子の
各素子の出力電子ビームを制御する為の変調信号が印加
される。[0170] On the other hand, the terminal Doy 1 through Doy n, the modulation signal for controlling the output electron beam of each of the surface conduction electron-emitting devices of a row selected by the scanning signal is applied.
【0171】高圧端子Hvには、直流電圧源Vaより、
例えば10[kV]の直流電圧が供給されるが、これは
表面伝導型電子放出素子から放出される電子ビームに蛍
光体を励起するのに十分なエネルギーを付与する為の加
速電圧である。The high voltage terminal Hv is connected to a DC voltage source Va.
For example, a DC voltage of 10 [kV] is supplied, which is an accelerating voltage for applying sufficient energy to the electron beam emitted from the surface conduction electron-emitting device to excite the phosphor.
【0172】次に、走査回路92について説明する。同
回路は、内部にM個のスイッチング素子を備えたもので
(図中、S1乃至Smで模式的に示している)ある。Next, the scanning circuit 92 will be described. This circuit is a that comprises M switching devices inside (in the figure, is schematically shown in S 1 to S m) is.
【0173】各スイッチング素子は、直流電圧源Vxの
出力電圧もしくは0[V](グランドレベル)のいずれ
か一方を選択し、表示パネル91の端子Dx1ないしD
xmと電気的に接続される。Each switching element selects either the output voltage of the DC voltage source Vx or 0 [V] (ground level), and the terminals Dx 1 through Dx of the display panel 91 are selected.
x m and are electrically connected.
【0174】S1乃至Smの各スイッチング素子は、制御
回路93が出力する制御信号Tscanに基づいて動作
するものであり、例えばFETのようなスイッチング素
子を組み合わせることにより構成することができる。Each of the switching elements S 1 to S m operates based on the control signal Tscan output from the control circuit 93, and can be configured by combining switching elements such as FETs.
【0175】直流電圧源Vxは、本例の場合には、表面
伝導型電子放出素子の特性(電子放出しきい値電圧)に
基づいて、走査されていない素子に印加される駆動電圧
が電子放出しきい値電圧以下となるような一定電圧を出
力するよう設定されている。In the case of the present embodiment, the DC voltage source Vx uses a drive voltage applied to an unscanned element based on the characteristics (electron emission threshold voltage) of the surface conduction electron-emitting element. It is set so as to output a constant voltage lower than the threshold voltage.
【0176】制御回路93は、外部より入力する画像信
号に基づいて適切な表示が行なわれるような各部の動作
を整合させる機能を有する。The control circuit 93 has a function of matching the operation of each unit so that appropriate display is performed based on an image signal input from the outside.
【0177】制御回路93は、同期信号分離回路96よ
り送られる同期信号Tsyncに基づいて、各部に対し
てTscanおよびTsftおよびTmryの各制御信
号を発生する。The control circuit 93 generates control signals Tscan, Tsft and Tmry for each unit based on the synchronization signal Tsync sent from the synchronization signal separation circuit 96.
【0178】同期信号分離回路96は、外部から入力さ
れるNTSC方式のテレビ信号から同期信号成分と輝度
信号成分とを分離する為の回路で、一般的な周波数分離
(フィルター)回路等を用いて構成できる。The synchronizing signal separating circuit 96 is a circuit for separating a synchronizing signal component and a luminance signal component from an NTSC television signal input from the outside, and uses a general frequency separating (filter) circuit or the like. Can be configured.
【0179】同期信号分離回路96により分離された同
期信号は、垂直同期信号と水平同期信号より成るが、こ
こでは説明の便宜上Tsync信号として図示した。ま
た、前記テレビ信号から分離された画像の輝度信号成分
は便宜上DATA信号と表した。このDATA信号はシ
フトレジスタ94に入力される。The synchronization signal separated by the synchronization signal separation circuit 96 is composed of a vertical synchronization signal and a horizontal synchronization signal, but is shown here as a Tsync signal for convenience of explanation. The luminance signal component of the image separated from the television signal is represented as a DATA signal for convenience. This DATA signal is input to the shift register 94.
【0180】シフトレジスタ94は、時系列的にシリア
ルに入力されるDATA信号を、画像の1ライン毎にシ
リアル/パラレル変換するためのもので、制御回路93
より送られる制御信号Tsftに基づいて動作する(即
ち、制御信号Tsftは、シフトレジスタ94のシフト
クロックであるということもできる。)。The shift register 94 is for serially / parallel-converting a DATA signal input serially in time series for each line of an image.
It operates on the basis of the control signal Tsft sent from the controller (ie, it can be said that the control signal Tsft is a shift clock of the shift register 94).
【0181】シリアル/パラレル変換された画像1ライ
ン分(電子放出素子N素子分の駆動データに相当)のデ
ータは、Id1乃至IdnのN個の並列信号としてシフト
レジスタ94より出力される。[0181] Data of the serial / parallel converted image one line (corresponding to the electron-emitting device N elements set of drive data) is output from the shift register 94 as N parallel signals Id 1 to Id n.
【0182】ラインメモリ95は、画像1ライン分のデ
ータを必要時間の間だけ記憶するための記憶装置であ
り、制御回路93より送られる制御信号Tmryに従っ
て適宜Id1乃至Idnの内容を記憶する。[0182] The line memory 95 is a storage device for storing data of one line of the image only for a necessary time, to store the contents of the appropriate Id 1 to Id n in accordance with the control signal Tmry sent from the control circuit 93 .
【0183】記憶された内容は、I'd1乃至I'dnとし
て出力され、変調信号発生器97に入力される。The stored contents are output as I ′d 1 to I ′d n and input to the modulation signal generator 97.
【0184】変調信号発生器97は、画像データI'd1
乃至I'dnの各々に応じて表面伝導型電子放出素子の各
々を適切に駆動変調する為の信号源であり、その出力信
号は、端子Doy1乃至Doynを通じて表示パネル91
内の表面伝導型電子放出素子に印加される。The modulation signal generator 97 outputs the image data I'd 1
To a signal source for appropriately driving modulating each of the surface conduction electron-emitting device according to each of the I'd n, the output signal is displayed through the terminal Doy 1 through Doy n Panel 91
Is applied to the surface conduction type electron-emitting device in the inside.
【0185】前述したように、本発明の実施の形態に係
る電子放出素子は、放出電流Ieに対して以下の基本特
性を有している。As described above, the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention has the following basic characteristics with respect to the emission current Ie.
【0186】即ち、電子放出には明確なしきい値電圧V
thがあり、Vth以上の電圧を印加された時のみ電子
放出が生じる。電子放出しきい値以上の電圧に対して
は、素子への印加電圧の変化に応じて放出電流も変化す
る。That is, a clear threshold voltage V is required for electron emission.
and electron emission occurs only when a voltage equal to or higher than Vth is applied. For a voltage equal to or higher than the electron emission threshold, the emission current also changes according to the change in the voltage applied to the device.
【0187】このことから、本素子にパルス状の電圧を
印加する場合、例えば電子放出閾値以下の電圧を印加し
ても素子放出は生じないが、電子放出閾値以上の電圧を
印加する場合には電子ビームが出力される。From this, when a pulse-like voltage is applied to the present device, for example, when a voltage lower than the electron emission threshold is applied, no device emission occurs, but when a voltage higher than the electron emission threshold is applied, An electron beam is output.
【0188】その際、パルスの波高値Vmを変化させる
事により、出力電子ビームの強度を制御することが可能
である。また、パルスの幅Pwを変化させることにより
出力される電子ビームの電荷の総量を制御する事が可能
である。At this time, the intensity of the output electron beam can be controlled by changing the pulse peak value Vm. Further, by changing the pulse width Pw, it is possible to control the total amount of charges of the output electron beam.
【0189】従って、入力信号に応じて、電子放出素子
を変調する方式としては、電圧変調方式、パルス幅変調
方式等が採用できる。電圧変調方式を実施するに際して
は、変調信号発生器97として、一定長さの電圧パルス
を発生し、入力されるデータに応じて適宜パルスの波高
値を変調するような電圧変調方式の回路を用いることが
できる。Therefore, a voltage modulation method, a pulse width modulation method, or the like can be adopted as a method for modulating the electron-emitting device according to the input signal. When implementing the voltage modulation method, a circuit of a voltage modulation method that generates a voltage pulse of a fixed length and modulates the peak value of the pulse appropriately according to input data is used as the modulation signal generator 97. be able to.
【0190】パルス幅変調方式を実施するに際しては、
変調信号発生器97として、一定の波高値の電圧パルス
を発生し、入力されるデータに応じて適宜電圧パルスの
幅を変調するようなパルス幅変調方式の回路を用いるこ
とができる。When implementing the pulse width modulation method,
As the modulation signal generator 97, a pulse width modulation type circuit that generates a voltage pulse having a constant peak value and appropriately modulates the width of the voltage pulse according to input data can be used.
【0191】シフトレジスタ94やラインメモリ95
は、デジタル信号式のものでもアナログ信号式のもので
も採用できる。画像信号のシリアル/パラレル変換や記
憶が所定の速度で行なわれれば良いからである。The shift register 94 and the line memory 95
Can be adopted as a digital signal type or an analog signal type. This is because the serial / parallel conversion and storage of the image signal may be performed at a predetermined speed.
【0192】デジタル信号式を用いる場合には、同期信
号分離回路96の出力信号DATAをデジタル信号化す
る必要があるが、これには同期信号分離回路96の出力
部にA/D変換器を設ければ良い。When the digital signal type is used, it is necessary to convert the output signal DATA of the synchronization signal separation circuit 96 into a digital signal. For this purpose, an A / D converter is provided at the output of the synchronization signal separation circuit 96. Just do it.
【0193】これに関連してラインメモリ95の出力信
号がデジタル信号かアナログ信号かにより、変調信号発
生器97に用いられる回路が若干異なったものとなる。In connection with this, the circuit used for the modulation signal generator 97 differs slightly depending on whether the output signal of the line memory 95 is a digital signal or an analog signal.
【0194】即ち、デジタル信号を用いた電圧変調方式
の場合、変調信号発生器97には、例えばD/A変換回
路を用い、必要に応じて増幅回路などを付加する。That is, in the case of the voltage modulation method using a digital signal, for example, a D / A conversion circuit is used as the modulation signal generator 97, and an amplification circuit and the like are added as necessary.
【0195】一方、パルス幅変調方式の場合、変調信号
発生器97には、例えば高速の発振器および発振器の出
力する波数を計数する計数器(カウンタ)及び計数器の
出力値と前記メモリの出力値を比較する比較器(コンパ
レータ)を組み合せた回路を用いる。On the other hand, in the case of the pulse width modulation system, the modulation signal generator 97 includes, for example, a high-speed oscillator, a counter for counting the number of waves output from the oscillator, an output value of the counter, and an output value of the memory. Are used in combination with a comparator for comparing the two.
【0196】必要に応じて、比較器の出力するパルス幅
変調された変調信号を表面伝導型電子放出素子の駆動電
圧にまで電圧増幅するための増幅器を付加することもで
きる。If necessary, an amplifier for amplifying the voltage of the pulse width-modulated signal output from the comparator to the driving voltage of the surface conduction electron-emitting device can be added.
【0197】アナログ信号を用いた電圧変調方式の場
合、変調信号発生器97には、例えばオペアンプなどを
用いた増幅回路を採用でき、必要に応じてレベルシフト
回路などを付加することもできる。In the case of the voltage modulation method using an analog signal, an amplification circuit using, for example, an operational amplifier can be used as the modulation signal generator 97, and a level shift circuit and the like can be added as necessary.
【0198】パルス幅変調方式の場合には、例えば、電
圧制御型発振回路(VCO)を採用でき、必要に応じて
表面伝導型電子放出素子の駆動電圧まで電圧増幅するた
めの増幅器を付加することもできる。In the case of the pulse width modulation method, for example, a voltage controlled oscillator (VCO) can be employed, and an amplifier for amplifying the voltage up to the drive voltage of the surface conduction electron-emitting device can be added if necessary. Can also.
【0199】このような構成をとり得る本発明の実施の
形態に係る画像表示装置(図7)においては、各電子放
出素子に、容器外端子Dox1乃至Doxm、端子Doy
1乃至Doynを介して電圧を印加することにより、電子
放出が生ずる。In the image display device (FIG. 7) according to the embodiment of the present invention which can take such a configuration, the external terminals Dox 1 to Dox m and the terminal Doy are provided to each electron-emitting device.
By applying a 1 to a voltage via a Doy n, electron emission occurs.
【0200】高圧端子Hvを介してメタルバック75、
あるいは透明電極(不図示)に高圧を印加し、電子ビー
ムを加速する。加速された電子は、蛍光膜74に衝突
し、発光が生じて画像が形成される。A metal back 75 via a high voltage terminal Hv,
Alternatively, a high voltage is applied to a transparent electrode (not shown) to accelerate the electron beam. The accelerated electrons collide with the fluorescent film 74 and emit light to form an image.
【0201】ここで述べた画像形成装置の構成は、本発
明を適用可能な画像形成装置の一例であり、本発明の技
術思想に基づいて種々の変形が可能である。The configuration of the image forming apparatus described here is an example of an image forming apparatus to which the present invention can be applied, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
【0202】例えば、入力信号については、NTSC方
式を挙げたが入力信号はこれに限られるものではなく、
PAL,SECAM方式などの他、これよりも、多数の
走査線からなるTV信号(例えば、MUSE方式をはじ
めとする高品位TV)方式をも採用できる。For example, for the input signal, the NTSC system has been described, but the input signal is not limited to this.
In addition to the PAL and SECAM methods, a TV signal (for example, a high-definition TV such as the MUSE method) including a larger number of scanning lines can be adopted.
【0203】また、本発明の実施の形態に係る画像形成
装置は、テレビジョン放送の表示装置,テレビ会議シス
テムやコンピューター等の表示装置の他、感光性ドラム
等を用いて構成された光プリンターとしての画像形成装
置等としても用いることができる。The image forming apparatus according to the embodiment of the present invention can be used as an optical printer including a photosensitive drum or the like in addition to a display device for a television broadcast, a display device such as a video conference system or a computer. Can be used as an image forming apparatus.
【0204】[0204]
【実施例】以下、上記本発明の実施の形態に係る電子放
出素子に基づく、より具体的な実施例を詳細に説明す
る。EXAMPLES Hereinafter, more specific examples based on the above-described electron-emitting device according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
【0205】(実施例1)上記実施の形態の中でも参照
した、図1および図4を参照して、本実施例について説
明する。(Example 1) This example will be described with reference to FIGS. 1 and 4 referred to in the above embodiment.
【0206】以下に、本実施例に係る電子放出素子の製
造工程を詳細に説明する。Hereinafter, the manufacturing process of the electron-emitting device according to this embodiment will be described in detail.
【0207】(工程1)基板1に石英を用い、十分洗浄
を行った後、スパッタ法により低電位電極層2として厚
さ300nmのTa、絶縁層3Aとして厚さ35nmの
SiO2、CVD法により絶縁層3Bとして厚さ10n
mのPSG(リン濃度10%)、スパッタ法により絶縁
層3Cとして厚さ5nmのSiO2、高電位電極層4と
して厚さ25nmのTaをこの順で堆積した(図4
(a)に示す状態)。(Step 1) After sufficiently cleaning the substrate 1 using quartz, the low-potential electrode layer 2 is made of Ta having a thickness of 300 nm by sputtering, the insulating layer 3A is made of SiO 2 having a thickness of 35 nm, and the insulating layer 3A is formed by CVD. 10n thickness as insulating layer 3B
m PSG (phosphorus concentration: 10%), SiO 2 with a thickness of 5 nm as an insulating layer 3C, and Ta with a thickness of 25 nm as a high-potential electrode layer 4 were deposited in this order by sputtering (FIG. 4).
(State shown in (a)).
【0208】その後、フォトリソグラフィー工程で、ポ
ジ型フォトレジスト(AZ1500/クラリアント社
製)のスピンコーティング、フォトマスクパターンを露
光、現像し、レジスタパターンを形成した。Thereafter, in a photolithography process, spin coating of a positive type photoresist (AZ1500 / manufactured by Clariant) and exposure and development of a photomask pattern were performed to form a register pattern.
【0209】その後、パターニングしたフォトリソレジ
ストをマスクとし、絶縁層3A,3B及び3C、および
高電位電極層4を、CF4ガスを用いてドライエッチン
グして、低電位電極層2で停止させ、長さL1が50μ
mの段差構造を形成した(図4(b)に示す状態)。Thereafter, the insulating layers 3A, 3B and 3C and the high-potential electrode layer 4 are dry-etched using CF 4 gas using the patterned photolitho-resist as a mask, stopped at the low-potential electrode layer 2, L1 is 50μ
m was formed (the state shown in FIG. 4B).
【0210】(工程2)次に、形成された段差部に、H
F(48%):NH4F(40%)=1:10の割合の
溶液を純水で1%に希釈した物をエッチング液として、
5分間エッチングを施し、絶縁層3Bを選択的にエッチ
ングして、段差側壁から50nm程絶縁層3B層を後退
させ、リセス構造6を形成した(図4(c)に示す状
態)。(Step 2) Next, H is applied to the formed step portion.
A solution obtained by diluting a solution having a ratio of F (48%): NH 4 F (40%) = 1:10 with pure water to 1% was used as an etching solution.
Etching was performed for 5 minutes to selectively etch the insulating layer 3B, thereby retreating the insulating layer 3B by about 50 nm from the step side wall, thereby forming a recess structure 6 (a state shown in FIG. 4C).
【0211】(工程3)次に、導電性薄膜5として、2
nmのカーボン膜を前記段差部の周辺にのみ堆積し、リ
セス部6に間隙7を形成した。このカーボン膜は、フォ
トリソグラフィー技術を用いて、段差部周辺以外の部分
をフォトレジストでマスクし、イオンビームスパッタ法
により、段差側壁に対して斜め45度上方向から選択的
に堆積した(図4(d)に示す状態)。(Step 3) Next, as the conductive thin film 5, 2
A carbon film having a thickness of 10 nm was deposited only on the periphery of the step, and a gap 7 was formed in the recess 6. This carbon film was selectively deposited from above by 45 degrees with respect to the step side wall by an ion beam sputtering method, using a photolithography technique to mask a portion other than the periphery of the step with a photoresist (FIG. 4). (D).
【0212】(工程4)次に、低電位電極層2および高
電位電極層4に15Vのパルス電圧(ON時間:1ms
ec/OFF時間:9msec)を印加して、前記カー
ボン膜に通電し、上下電極間の抵抗が10MΩ以上であ
る事を確認した。(Step 4) Next, a 15 V pulse voltage (ON time: 1 ms) is applied to the low potential electrode layer 2 and the high potential electrode layer 4.
ec / OFF time: 9 msec) was applied to energize the carbon film, and it was confirmed that the resistance between the upper and lower electrodes was 10 MΩ or more.
【0213】今回は工程3の段階で間隙7が形成されて
いたが、ここで上下電極間の抵抗が10MΩ以下である
場合には、10MΩ以上になるまで通電を続け、本工程
で間隙7を形成する場合もある(図4(e)に示す状
態)。In this case, the gap 7 was formed at the stage of the process 3. If the resistance between the upper and lower electrodes is 10 MΩ or less, the current supply is continued until the resistance becomes 10 MΩ or more. It may be formed (the state shown in FIG. 4E).
【0214】以上のようにして作製した、電子放出部と
なる間隙位置が上部電極寄りである素子を、図5のよう
に真空容器に配置し、上部電極が高電位電極層4となる
ように駆動した。The element manufactured as described above, in which the gap position to be the electron emission portion is closer to the upper electrode, is placed in a vacuum vessel as shown in FIG. 5 so that the upper electrode becomes the high potential electrode layer 4. Driven.
【0215】駆動電圧を、Vf=15V、Va=10k
Vとし、電子放出素子とアノード電極との距離HをH=
2mmとした。その結果、効率2.3%で電子放出が得
られた。When the driving voltage is Vf = 15 V, Va = 10 k
V, and the distance H between the electron-emitting device and the anode electrode is H =
It was 2 mm. As a result, electron emission was obtained with an efficiency of 2.3%.
【0216】(実施例2)本実施例では、絶縁層を厚く
構成した場合の例を示す。(Embodiment 2) In this embodiment, an example in which the thickness of the insulating layer is large will be described.
【0217】(工程1)前記実施例1の工程1と同様
に、高電位電極層4をTa(25nm)により、絶縁層
3AをSiO2(5nm)により、絶縁層3BをPSG
(10nm)により、絶縁層3CをSiO2(1μm)
により、低電位電極層2をTa(300nm)により形
成し、また、基板1を石英基板として段差構造を形成し
た。なお、絶縁層3CはCVD法により成膜した。(Step 1) As in step 1 of the first embodiment, the high potential electrode layer 4 is made of Ta (25 nm), the insulating layer 3A is made of SiO 2 (5 nm), and the insulating layer 3B is made of PSG.
(10 nm), the insulating layer 3C is made of SiO 2 (1 μm).
Thus, the low potential electrode layer 2 was formed of Ta (300 nm), and a step structure was formed using the substrate 1 as a quartz substrate. Note that the insulating layer 3C was formed by a CVD method.
【0218】(工程2)形成した段差部に、HF(48
%):NH4F(40%)=1:10の割合の溶液を純
水で1%に希釈したものをエッチャントとして室温でエ
ッチングを施し、段差側壁にリセス構造を形成した。(Step 2) HF (48
%): NH 4 F (40%) = 1:10 solution was diluted with pure water to 1% and etched at room temperature using an etchant to form a recessed structure on the step side wall.
【0219】(工程3)次に、前記実施例1の工程3〜
4と同様な方法で、段差部にカーボン膜を堆積し、リセ
ス部6に間隙7を形成した。(Step 3) Next, Steps 3 to
4, a carbon film was deposited on the stepped portion, and a gap 7 was formed in the recessed portion 6.
【0220】以上のように絶縁層を厚くすることで、素
子容量の低減がなされ高速応答が可能となった。また、
絶縁層が薄い場合に比べて、プロセス上の欠陥(絶縁層
成膜の際のピンホール発生等による電極間リークなど)
が減り、歩溜りを向上することができた。As described above, by increasing the thickness of the insulating layer, the element capacity was reduced, and high-speed response became possible. Also,
Defects in the process compared to the case where the insulating layer is thin (leakage between electrodes due to pinhole generation etc. when forming the insulating layer)
And the yield could be improved.
【0221】このように絶縁層を厚くした場合でも、電
子放出部の位置制御が可能であり、作製した電子放出素
子から良好な電子放出が得られた。Even in the case where the insulating layer was thickened, the position of the electron-emitting portion could be controlled, and good electron emission was obtained from the manufactured electron-emitting device.
【0222】(実施例3)本実施例では、電子放出部で
ある間隙部に活性化による安定化工程を施した場合の例
を示す。(Embodiment 3) In this embodiment, an example in which a stabilizing step by activation is performed on a gap portion which is an electron emitting portion will be described.
【0223】(工程1)前記実施例1の工程1と同様
に、高電位電極層4をTa(25nm)により、絶縁層
3AをSiO2(5nm)により、絶縁層3BをPSG
(10nm)により、絶縁層3CをSiO2(35n
m)により、低電位電極層2をTa(300nm)によ
り形成し、また基板1を石英基板として段差構造を形成
した。なお、PSGはP濃度が10%であり、CVD法
により成膜した。(Step 1) As in step 1 of the first embodiment, the high potential electrode layer 4 is made of Ta (25 nm), the insulating layer 3A is made of SiO 2 (5 nm), and the insulating layer 3B is made of PSG.
(10 nm), the insulating layer 3C is made of SiO 2 (35n).
m), the low potential electrode layer 2 was formed of Ta (300 nm), and a step structure was formed using the substrate 1 as a quartz substrate. Note that PSG has a P concentration of 10% and was formed by a CVD method.
【0224】(工程2)形成された段差部に、HF(4
8%):NH4F(40%)=1:10の割合の溶液を
純水で1%に希釈した物をエッチャントとして室温でエ
ッチングを施し、段差側壁にリセス構造6を形成した。(Step 2) HF (4
8%): NH 4 F (40%) = 1:10, a solution diluted to 1% with pure water was used as an etchant, and etching was performed at room temperature to form a recess structure 6 on the step side wall.
【0225】(工程3)次に、前記実施例1の工程3〜
4と同様な方法で、段差部にPd膜を堆積し、リセス部
6に間隙7を形成した。なお、本例でも上下電極間の抵
抗は10MΩ以下であり微粒子膜を堆積した段階で間隙
7が形成されていた。(Step 3) Next, steps 3 to 3 of the above-mentioned Example 1 were performed.
4, a Pd film was deposited on the step and a gap 7 was formed in the recess 6. Also in this example, the resistance between the upper and lower electrodes was 10 MΩ or less, and the gap 7 was formed when the fine particle film was deposited.
【0226】(工程4)次に、BN(ベンゾニトリ
ル),2.7×10-4Pa雰囲気中で低電位電極層2お
よび高電位電極層4に、前記実施例1の工程4と同様の
パルス電圧を印加し、間隙間に炭素を生成した。(Step 4) Next, in the atmosphere of BN (benzonitrile), 2.7 × 10 −4 Pa, the low-potential electrode layer 2 and the high-potential electrode layer 4 were applied in the same manner as in step 4 of the first embodiment. A pulse voltage was applied to generate carbon between the gaps.
【0227】なお、活性化工程は、間隙間に流れる電流
が飽和した時点で終了した。The activation step was completed when the current flowing between the gaps was saturated.
【0228】以上のようにして作製した電子放出素子か
ら良好な電子放出が得られた。Good electron emission was obtained from the electron-emitting device manufactured as described above.
【0229】(実施例4)本実施例で作製した電子放出
素子の断面図を図10に示した。平面図は実施例1と同
様であり、実施例1との相違点は、絶縁層が2層構造で
あり、高電位電極層の直下に間隙が形成されるという点
である。なお、本例の場合には、絶縁層3Aが第2の層
に相当し、絶縁層3Bが第3の層に相当し、高電位電極
層4が第1の層に相当する。Example 4 FIG. 10 is a sectional view of an electron-emitting device manufactured in this example. The plan view is the same as that of the first embodiment. The difference from the first embodiment is that the insulating layer has a two-layer structure and a gap is formed immediately below the high potential electrode layer. In this case, the insulating layer 3A corresponds to the second layer, the insulating layer 3B corresponds to the third layer, and the high potential electrode layer 4 corresponds to the first layer.
【0230】(工程1)前記実施例1の工程1のよう
に、高電位電極層4をTa(25nm)により、絶縁層
3BをSi3N4(10nm)により、絶縁層3AをSi
O2(40nm)により、低電位電極層2をTa(30
0nm)により形成し、また、基板1を石英基板として
段差構造を形成した(Si3N4はスパッタ法により形成
した)。(Step 1) As in step 1 of the first embodiment, the high-potential electrode layer 4 is made of Ta (25 nm), the insulating layer 3B is made of Si 3 N 4 (10 nm), and the insulating layer 3A is made of Si.
O 2 (40 nm) is used to convert the low potential electrode layer 2 to Ta (30 nm).
0 nm), and a step structure was formed using the substrate 1 as a quartz substrate (Si 3 N 4 was formed by a sputtering method).
【0231】(工程2)次に、形成された段差部に、1
20℃に熱したH3PO4によりエッチングを施し、Si
3N4で構成された3Bを選択的にエッチングし、段差側
壁にリセス構造6を形成した。(Step 2) Next, 1
Etching with H 3 PO 4 heated to 20 ° C.
The 3B comprised of 3 N 4 is selectively etched to form a recess structure 6 on the step side wall.
【0232】(工程3)次に、前記実施例1の工程3〜
4と同様に、段差部にカーボン膜5を堆積し、高電位電
極層4の直下のリセス部6に間隙7を形成した。(Step 3) Next, Steps 3 to
As in the case of No. 4, a carbon film 5 was deposited on the step, and a gap 7 was formed in the recess 6 immediately below the high potential electrode layer 4.
【0233】以上のようにして作製した電子放出素子
を、実施例1と同様な条件で駆動すると、2.7%の効
率で電子放出が得られた。When the electron-emitting device manufactured as described above was driven under the same conditions as in Example 1, electron emission was obtained at an efficiency of 2.7%.
【0234】(実施例5)本実施例の模式的平面図を図
11(a)に、模式的断面図((a)におけるAA断
面)を図11(b)に示した。(Embodiment 5) FIG. 11A is a schematic plan view of this embodiment, and FIG. 11B is a schematic sectional view (AA section in FIG. 11A).
【0235】(工程1)前記実施例4の工程1と同様
に、高電位電極層4をTa(25nm)により、絶縁層
3CをSiO2(5nm)により、絶縁層3BをSi3N
4(10nm)により、絶縁層3AをSiO2(35n
m)により、低電位電極層2をTa(300nm)によ
り形成し、また、基板1を石英基板として段差構造を形
成した。(Step 1) As in step 1 of the fourth embodiment, the high potential electrode layer 4 is made of Ta (25 nm), the insulating layer 3C is made of SiO 2 (5 nm), and the insulating layer 3B is made of Si 3 N.
4 (10 nm), the insulating layer 3A is made of SiO 2 (35n).
m), the low potential electrode layer 2 was formed of Ta (300 nm), and a step structure was formed using the substrate 1 as a quartz substrate.
【0236】その後、フォトリソグラフィー、ドライエ
ッチングにより、2μmφのホール型構造を形成した
(各層を貫通する貫通孔としてのホールを形成した)。Thereafter, a hole type structure of 2 μmφ was formed by photolithography and dry etching (a hole as a through hole penetrating each layer was formed).
【0237】(工程2)次に、前記実施例4の工程2と
同様に、ホール型構造の側壁(貫通孔としてのホールの
内周面)にリセス構造6を形成した。(Step 2) Next, similarly to step 2 of the fourth embodiment, a recess structure 6 was formed on the side wall of the hole type structure (the inner peripheral surface of the hole as a through hole).
【0238】(工程3)次に、前記実施例1の工程3〜
4と同様に、ホール型構造の側壁にカーボン膜5を堆積
し、リセス部6に間隙7を形成した。(Step 3) Next, steps 3 to 3 of the above-mentioned Example 1 were performed.
As in the case of No. 4, a carbon film 5 was deposited on the side wall of the hole type structure, and a gap 7 was formed in the recess 6.
【0239】以上のようにして作製した電子放出素子
を、実施例1と同様な条件で駆動すると、2.3%の効
率で電子放出が得られたが、本実施例における素子構成
は、アノード側から(第1の層側から第2の層側)み
て、低電位電極が高電位電極(高電位電極層)に囲まれ
ているため、ホール内から放出された電子は発散する事
により、実施例1と比較すると電子ビームに40%程度
の広がりが見られた。When the electron-emitting device manufactured as described above was driven under the same conditions as in Example 1, electron emission was obtained with an efficiency of 2.3%. From the side (from the first layer side to the second layer side), since the low potential electrode is surrounded by the high potential electrode (high potential electrode layer), the electrons emitted from the hole diverge, Compared to Example 1, the electron beam was spread by about 40%.
【0240】なお、図示の例では、ホール内周の全てに
電子放出部を設ける場合の構成について示したが、これ
に限らず、ホール内周の周方向の一部にのみ、各電極を
設けて、周方向の一部にのみ電子放出部が形成されるよ
うにしても良い。In the illustrated example, the configuration in which the electron emission portion is provided on the entire inner periphery of the hole is shown. However, the present invention is not limited to this, and each electrode is provided only in a part of the inner periphery of the hole in the circumferential direction. Thus, the electron emission portion may be formed only in a part in the circumferential direction.
【0241】(実施例6)本実施例の模式的平面図を図
12(a)に、模式的断面図((a)におけるAA断
面)を図12(b)に示した。Embodiment 6 FIG. 12A is a schematic plan view of this embodiment, and FIG. 12B is a schematic cross-sectional view (AA cross section in FIG. 12A).
【0242】本実施例では、図示のように素子の高電位
電極を低電位電極で挟むような構成(方形状に各層を形
成し、これらの一対の両端側に、それぞれ第1の側壁
面,第2の側壁面,第3の側壁面,高電位電極,低電位
電極および電子放出部を設け、さらに、これらの両端側
にそれぞれ低電位電極層が広がるように各層を積層させ
た構成)とする事(以下リッジ型と呼ぶ)で、アノード
側から素子を眺めたときの電子放出部を原点とすると、
電子ビームが原点付近に収束するという効果がある。In this embodiment, as shown in the drawing, a structure in which a high potential electrode of an element is sandwiched between low potential electrodes (each layer is formed in a rectangular shape, and a first side wall surface, A structure in which a second side wall surface, a third side wall surface, a high potential electrode, a low potential electrode, and an electron emission portion are provided, and further, the respective layers are stacked such that the low potential electrode layer is spread on both ends thereof. (Hereinafter referred to as a ridge type), and assuming that the electron emission portion when viewing the device from the anode side is the origin,
There is an effect that the electron beam converges near the origin.
【0243】(工程1)前記実施例4の工程1と同様
に、高電位電極層4をTa(25nm)により、絶縁層
3CをSiO2(5nm)により、絶縁層3BをSi3N
4(10nm)により、絶縁層3AをSiO2(35n
m)により、低電位電極層2をTa(300nm)によ
り形成し、また、基板1を石英基板として段差構造を形
成した。(Step 1) As in step 1 of the fourth embodiment, the high potential electrode layer 4 is made of Ta (25 nm), the insulating layer 3C is made of SiO 2 (5 nm), and the insulating layer 3B is made of Si 3 N.
4 (10 nm), the insulating layer 3A is made of SiO 2 (35n).
m), the low potential electrode layer 2 was formed of Ta (300 nm), and a step structure was formed using the substrate 1 as a quartz substrate.
【0244】その後、フォトリソグラフィー、ドライエ
ッチングにより、8μm幅のリッジ構造を形成した。Thereafter, an 8 μm-wide ridge structure was formed by photolithography and dry etching.
【0245】(工程2)次に、前記実施例4の工程2と
同様に、リッジ構造の両側壁にリセス構造6を形成し
た。(Step 2) Next, similarly to step 2 of the fourth embodiment, the recess structure 6 was formed on both side walls of the ridge structure.
【0246】(工程3)次に、前記実施例1の工程3〜
4と同様に、リッジの両側壁にカーボン膜5を堆積し、
リセス部6に間隙7を形成した。(Step 3) Next, steps 3 to 3 of the above-mentioned Example 1 were performed.
4, carbon films 5 are deposited on both side walls of the ridge,
A gap 7 was formed in the recess 6.
【0247】以上のようにして作製した電子放出素子
を、実施例1と同様な条件で駆動すると、本実施例の素
子構成ではアノード側からみて、高電位電極が低電位電
極に囲まれているため、リッジ両側壁から放出された電
子は−の電位に挟まれる事になり、実施例1と比較する
と電子ビームが原点付近に観測された。しかし、効率は
1.9%と若干低下した。When the electron-emitting device manufactured as described above is driven under the same conditions as in the first embodiment, the high-potential electrode is surrounded by the low-potential electrode when viewed from the anode side in the device configuration of the present embodiment. Therefore, the electrons emitted from both side walls of the ridge are sandwiched between negative potentials, and the electron beam was observed near the origin as compared with Example 1. However, the efficiency dropped slightly to 1.9%.
【0248】(実施例7)本実施例では、上記実施例6
のリッジ型において、両段差の片側だけに電子放出部を
形成した場合について説明する。(Embodiment 7) In this embodiment, Embodiment 6
In the ridge type described above, a case where an electron emission portion is formed only on one side of both steps will be described.
【0249】(工程1)前記実施例4の工程1と同様
に、高電位電極層4をTa(25nm)により、絶縁層
3CをSiO2(5nm)により、絶縁層3BをSi3N
4(10nm)により、絶縁層3AをSiO2(35n
m)により、低電位電極層2をTa(300nm)によ
り形成し、また、基板1を石英基板として段差構造を形
成した。(Step 1) As in step 1 of the fourth embodiment, the high potential electrode layer 4 is made of Ta (25 nm), the insulating layer 3C is made of SiO 2 (5 nm), and the insulating layer 3B is made of Si 3 N.
4 (10 nm), the insulating layer 3A is made of SiO 2 (35n).
m), the low potential electrode layer 2 was formed of Ta (300 nm), and a step structure was formed using the substrate 1 as a quartz substrate.
【0250】その後、フォトリソグラフィー、ドライエ
ッチングにより、8μm幅のリッジ構造を形成した。Thereafter, a ridge structure having a width of 8 μm was formed by photolithography and dry etching.
【0251】(工程2)次に、前記実施例4の工程2と
同様に、リッジ構造の両側壁にリセス構造6を形成し
た。(Step 2) Next, similarly to step 2 of the fourth embodiment, recess structures 6 were formed on both side walls of the ridge structure.
【0252】(工程3)次に、前記実施例1の工程3〜
4と同様に、リッジ構造の片側のみにカーボン膜5を堆
積し、片側のリセス部6にのみ間隙7を形成した。(Step 3) Next, Steps 3 to
As in the case of No. 4, a carbon film 5 was deposited only on one side of the ridge structure, and a gap 7 was formed only in the recess 6 on one side.
【0253】以上のようにして作製した電子放出素子
を、実施例1と同様な条件で駆動すると、実施例5と同
様に、放出された電子は−の電位に挟まれ、また、放出
部がリッジ側壁の片側のみであるため、原点付近にさら
に径の小さい電子ビームが観測された。When the electron-emitting device manufactured as described above is driven under the same conditions as in the first embodiment, the emitted electrons are sandwiched between the negative potentials, and the emitting portion is moved, as in the fifth embodiment. Since only one side of the ridge side wall, an electron beam with a smaller diameter was observed near the origin.
【0254】(実施例8)本実施例では、本発明の電子
放出素子を具備した画像形成装置の一例として、上記実
施例1の素子を用いて画像形成装置を作製した場合につ
いて示す。(Embodiment 8) In this embodiment, as an example of an image forming apparatus provided with the electron-emitting device of the present invention, a case will be described in which an image forming apparatus is manufactured using the element of the above-described Embodiment 1.
【0255】図13(a)は本実施例の素子を上から見
たときの模式的平面図であり、図13(b)は図13
(a)におけるA−A線での模式的断面図である。FIG. 13A is a schematic plan view of the element of this embodiment when viewed from above, and FIG.
It is a typical sectional view in the AA line in (a).
【0256】この場合の電子放出素子は、図に示すよう
に、電子放出に関係する高電位電極以外の領域の絶縁層
を絶縁層131のように1μmと厚く設計し、寄生容量
を低減して、マトリクス駆動中に発生する信号遅延を防
止した。In the electron-emitting device in this case, as shown in the figure, the insulating layer other than the high potential electrode related to the electron emission is designed as thick as 1 μm like the insulating layer 131 to reduce the parasitic capacitance. Thus, a signal delay occurring during matrix driving is prevented.
【0257】このように構成された素子を10×10の
MTX状に配置し、x方向配線を低電位電極にy方向配
線を高電位電極に接続した。The devices thus configured were arranged in a 10 × 10 MTX shape, and the x-direction wiring was connected to the low potential electrode and the y-direction wiring was connected to the high potential electrode.
【0258】また、素子は、横150μm、縦300μ
mのピッチで配置し、素子上部には2mmに距離を隔て
た位置に蛍光体を配置した。そして、蛍光体には10k
Vの電圧を印加した。The device has a width of 150 μm and a length of 300 μm.
The phosphors were arranged at a pitch of m, and the phosphors were arranged at a distance of 2 mm above the element. And the phosphor has 10k
A voltage of V was applied.
【0259】この結果、容量成分の低減効果によるマト
リクス駆動が可能で高精細な画像形成装置を形成でき
た。As a result, it was possible to form a high-definition image forming apparatus capable of driving the matrix by the effect of reducing the capacitance component.
【0260】[0260]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子放出
素子およびその製造方法によって、簡易な構成で、容易
に電子放出部の位置制御を行いつつ、弾性散乱の回数を
減らして電子放出効率を向上させることができる。As described above, according to the electron-emitting device of the present invention and the method of manufacturing the same, the position of the electron-emitting portion can be easily controlled with a simple structure, and the number of elastic scatterings can be reduced to reduce the electron-emitting efficiency. Can be improved.
【0261】また、このように電子放出効率の向上した
電子放出素子を電子源や画像形成装置に適用すれば、性
能に優れた電子源及び画像形成装置を実現できる。If the electron-emitting device having the improved electron emission efficiency is applied to an electron source or an image forming apparatus, an electron source and an image forming apparatus having excellent performance can be realized.
【図1】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の模式
図である。FIG. 1 is a schematic view of an electron-emitting device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の実施の形態に係る電子放出素子を駆動
させた場合の模式的断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view when the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention is driven.
【図3】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の電子
放出部の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of an electron-emitting portion of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施の形態に係る電子放出素子の製造
工程を順に示した模式図である。FIG. 4 is a schematic view sequentially showing manufacturing steps of the electron-emitting device according to the embodiment of the present invention.
【図5】電子放出素子の製造工程の一つである活性化処
理を行うための真空処理装置の模式図である。FIG. 5 is a schematic view of a vacuum processing apparatus for performing an activation process, which is one of the manufacturing processes of the electron-emitting device.
【図6】本発明の実施の形態に係る電子源(単純マトリ
クス配置)の概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an electron source (simple matrix arrangement) according to an embodiment of the present invention.
【図7】単純マトリクス配置の電子源を用いた本発明の
実施の形態に係る画像形成装置に用いる表示パネルの概
略構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a display panel used in an image forming apparatus according to an embodiment of the present invention using an electron source having a simple matrix arrangement.
【図8】図7の表示パネルにおける蛍光膜の模式図であ
る。FIG. 8 is a schematic diagram of a fluorescent film in the display panel of FIG.
【図9】図7の表示パネルを駆動する駆動回路の一例を
示す回路図である。FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a drive circuit for driving the display panel of FIG.
【図10】本発明の実施例4に係る電子放出素子の模式
的断面図である。FIG. 10 is a schematic sectional view of an electron-emitting device according to Example 4 of the present invention.
【図11】本発明の実施例5に係る電子放出素子の模式
図である。FIG. 11 is a schematic view of an electron-emitting device according to Example 5 of the present invention.
【図12】本発明の実施例6に係る電子放出素子の模式
図である。FIG. 12 is a schematic view of an electron-emitting device according to Example 6 of the present invention.
【図13】本発明の実施例8に係る画像形成装置を作製
した際に用いた電子放出素子の模式図である。FIG. 13 is a schematic view of an electron-emitting device used when manufacturing an image forming apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
【図14】従来技術に係る電子放出素子の模式的断面図
である。FIG. 14 is a schematic sectional view of an electron-emitting device according to a conventional technique.
【図15】従来技術に係る垂直型の表面伝導型素子の模
式的断面図である。FIG. 15 is a schematic sectional view of a vertical surface conduction element according to the related art.
【図16】平面型の表面伝導型素子の電子の軌道を示す
模式図である。FIG. 16 is a schematic view showing electron trajectories of a planar surface conduction element.
【図17】垂直型の表面伝導型素子の電子の軌道を示す
模式図である。FIG. 17 is a schematic diagram showing electron trajectories of a vertical surface conduction element.
【図18】電子放出効率と高電位電極に関する所定距離
との関係を示す関係図である。FIG. 18 is a relationship diagram showing a relationship between electron emission efficiency and a predetermined distance for a high potential electrode.
1 基板 2 低電位電極層 3A,3B,3C 絶縁層 4 高電位電極層 5 導電性薄膜(もしくは高抵抗膜) 5A 高電位電極 5B 低電位電極 6 リセス部 7 間隙 8 陽極(アノード) 31,32 電子 50 電流計 51 電源 52 電流計 53 高圧電源 54 アノード電極 55 真空容器 56 排気ポンプ 57 有機ガス供給源 61 電子源基体 62 X方向配線 63 Y方向配線 64 電子放出素子 65 結線 71 リアプレート 72 支持枠 73 ガラス基体 74 蛍光膜 75 メタルバック 76 フェースプレート 77 外囲器 81 黒色導電材 82 蛍光体 91 像表示パネル 92 走査回路 93 制御回路 94 シフトレジスタ 95 ラインメモリ 96 同期信号分離回路 97 変調信号発生器 131 絶縁層 161 素子高電位電極 162 素子低電位電極 163 陽極(アノード) 164 駆動電圧Vfと等しい等電位面 165 駆動電圧Vfよりも高い等電位面 171 高電位電極 172 低電位電極 173 陽極(アノード) 174 駆動電圧Vfと等しい等電位面 175 駆動電圧Vfよりも高い等電位面 D 間隙距離 L1 素子電極長さ L2 導電性薄膜(もしくは高抵抗膜)を堆積する領域
の長さ T1 間隙の高電位電極の端部位置から高電位電極層の
上部までの距離 T2 間隙の低電位電極の端部位置から低電位電極層の
表面までの間の距離 Xs 特徴距離DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Low potential electrode layer 3A, 3B, 3C Insulating layer 4 High potential electrode layer 5 Conductive thin film (or high resistance film) 5A High potential electrode 5B Low potential electrode 6 Recess part 7 Gap 8 Anode (anode) 31, 32 Electron 50 Ammeter 51 Power supply 52 Ammeter 53 High voltage power supply 54 Anode electrode 55 Vacuum container 56 Exhaust pump 57 Organic gas supply source 61 Electron source base 62 X direction wiring 63 Y direction wiring 64 Electron emitting element 65 Connection 71 Rear plate 72 Support frame 73 Glass substrate 74 Fluorescent film 75 Metal back 76 Face plate 77 Enclosure 81 Black conductive material 82 Phosphor 91 Image display panel 92 Scan circuit 93 Control circuit 94 Shift register 95 Line memory 96 Synchronous signal separation circuit 97 Modulation signal generator 131 Insulating layer 161 Element high potential electrode 162 Element low potential Electrode 163 Anode (anode) 164 Equipotential surface equal to drive voltage Vf 165 Equipotential surface higher than drive voltage Vf 171 High potential electrode 172 Low potential electrode 173 Anode (anode) 174 Equipotential surface equal to drive voltage Vf 175 Drive voltage Equipotential surface higher than Vf D Gap distance L1 Element electrode length L2 Length of region where conductive thin film (or high resistance film) is deposited T1 From end position of high potential electrode in gap to upper part of high potential electrode layer Distance T2 Distance from end position of low potential electrode in gap to surface of low potential electrode layer Xs Characteristic distance
Claims (17)
2の側壁面を有する第2の層と、 前記第1の側壁面および第2の側壁面よりも内部に凹ん
だ位置に、その面が設けられる第3の側壁面を有し、か
つ、前記第1の層と第2の層との間に設けられる第3の
層と、を備えた電子放出素子であって、 前記第1の側壁面上に高電位電極を設けると共に、前記
第2の側壁面上に低電位電極を設け、これらの電極間の
間隙を電子放出部とすることを特徴とする電子放出素
子。A first layer having a first side wall surface; a second layer having a second side wall surface substantially coincident with an extension surface of the first side wall surface; A third side wall surface on which the first side wall surface and the second side wall surface are provided, and a third side wall surface provided on the first side wall surface and the second side wall surface, and a third side wall surface provided between the first layer and the second layer; A third layer provided, wherein a high-potential electrode is provided on the first side wall surface, and a low-potential electrode is provided on the second side wall surface. An electron-emitting device, wherein a gap between them is an electron-emitting portion.
れ、かつ、前記低電位電極は前記低電位電極層と電気的
に接続されることを特徴とする請求項1に記載の電子放
出素子。2. The high potential electrode layer comprising: a low potential electrode layer laminated on a substrate; an insulating layer laminated on the low potential electrode layer; and a high potential electrode layer laminated on the insulating layer. The electron-emitting device according to claim 1, wherein a potential electrode is electrically connected to the high potential electrode layer, and the low potential electrode is electrically connected to the low potential electrode layer.
よび第3の層から構成されることを特徴とする請求項2
に記載の電子放出素子。3. The apparatus according to claim 2, wherein said insulating layer comprises said first layer, second layer, and third layer.
3. The electron-emitting device according to item 1.
れることを特徴とする請求項2に記載の電子放出素子。4. The electron according to claim 2, wherein the high-potential electrode layer is the first layer, and the insulating layer is composed of the second layer and a third layer. Emission element.
に、前記低電位電極が前記高電位電極に取り囲まれてい
ることを特徴とする請求項1または2に記載の電子放出
素子。5. The device according to claim 1, wherein the low potential electrode is surrounded by the high potential electrode when the second layer side is viewed from the first layer side. Electron-emitting device.
貫通する貫通孔を形成することによって、この貫通孔の
内周面の一部を前記第1の側壁面とすると共に、該貫通
孔の内周面の他の一部を前記第2の側壁面として、これ
らの側壁面上にそれぞれ高電位電極および低電位電極を
設けて、該低電位電極が高電位電極に取り囲まれるよう
にすることを特徴とする請求項5に記載の電子放出素
子。6. A through hole penetrating through the first layer, the second layer, and the third layer, and a part of an inner peripheral surface of the through hole is used as the first side wall surface. A high-potential electrode and a low-potential electrode are provided on these side walls, respectively, with the other part of the inner peripheral surface of the through hole as the second side wall, and the low-potential electrode is connected to the high-potential electrode. 6. The electron-emitting device according to claim 5, wherein the electron-emitting device is surrounded.
孔内周の周方向の一部にのみ設けて、該周方向の一部に
のみ前記電子放出部が形成されるようにすることを特徴
とする請求項6に記載の電子放出素子。7. The high-potential electrode and the low-potential electrode are provided only on a part of the inner periphery of the through hole in the circumferential direction, so that the electron emission portion is formed only on a part of the circumferential direction. The electron-emitting device according to claim 6, wherein:
電位電極層の一対の両端側に、それぞれ電子放出部を設
けると共に、 前記両端側に、それぞれ低電位電極層が広がるように各
層を配置することを特徴とする請求項2に記載の電子放
出素子。8. The high-potential electrode layer is formed in a square shape, and an electron-emitting portion is provided on each of a pair of both ends of the high-potential electrode layer. 3. The electron-emitting device according to claim 2, wherein each of the layers is disposed.
電位電極層の一対の両端のうちのいずれか片端のみに電
子放出部を設けると共に、 前記両端側に、それぞれ低電位電極層が広がるように各
層を配置することを特徴とする請求項2に記載の電子放
出素子。9. The high-potential electrode layer is formed in a rectangular shape, an electron emission portion is provided only at one end of a pair of both ends of the high-potential electrode layer, and a low-potential electrode is provided at each of the both ends. 3. The electron-emitting device according to claim 2, wherein the layers are arranged so that the layers are widened.
ことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の
電子放出素子。10. The electron-emitting device according to claim 1, wherein the electron-emitting device is a device that emits surface conduction type electrons.
電子放出素子を複数配置することを特徴とする電子源。11. An electron source comprising a plurality of the electron-emitting devices according to claim 1.
ていることを特徴とする請求項11に記載の電子源。12. The electron source according to claim 11, wherein said electron-emitting devices are arranged in a matrix.
備えると共に、該電子源から放出された電子によって画
像を形成する画像形成部材を備えることを特徴とする画
像形成装置。13. An image forming apparatus comprising: the electron source according to claim 11; and an image forming member that forms an image with electrons emitted from the electron source.
て発光する蛍光体であることを特徴とする請求項13に
記載の画像形成装置。14. An image forming apparatus according to claim 13, wherein said image forming member is a phosphor which emits light by collision of electrons.
層された3層構造を有し、これらの層の側壁面側に電子
放出部が設けられる電子放出素子の製造方法であって、 前記第3の層は、第1の層および第2の層とは異なる材
料から構成すると共に、 第2の層,第3の層および第1の層の順に積層する積層
工程の後に、前記第2の層のみを所定量だけ選択エッチ
ングしてリセス構造を形成する工程と、 その後、リセス位置に電子放出部が形成されるように、
第1の層および第2の層の側壁面にそれぞれ導電性薄膜
を被覆する工程と、を備えることを特徴とする電子放出
素子の製造方法。15. A method of manufacturing an electron-emitting device having a three-layer structure in which a first layer, a second layer, and a third layer are laminated, and having an electron-emitting portion provided on a side wall surface of these layers. In the laminating step, the third layer is made of a material different from the first layer and the second layer, and is laminated in the order of the second layer, the third layer, and the first layer. Forming a recess structure by selectively etching only the second layer by a predetermined amount, and then forming an electron emission portion at the recess position.
Covering the side wall surfaces of the first layer and the second layer with a conductive thin film, respectively.
は、絶縁層であることを特徴とする請求項15に記載の
電子放出素子の製造方法。16. The method according to claim 15, wherein the first layer, the second layer, and the third layer are insulating layers.
的に接続される高電位電極層であり、 前記第2の層および第3の層は、絶縁層であることを特
徴とする請求項16に記載の電子放出素子の製造方法。17. The semiconductor device according to claim 17, wherein the first layer is a high-potential electrode layer electrically connected to the conductive thin film, and the second and third layers are insulating layers. The method for manufacturing an electron-emitting device according to claim 16.
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