JP2001189123A

JP2001189123A - 電界放射型電子源およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001189123A
Application number: JP2000316987A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Watabe; 祥文渡部; Yukihiro Kondo; 行廣近藤; Koichi Aizawa; 浩一相澤; Takuya Komoda; 卓哉菰田; Yoshiaki Honda; 由明本多; Takashi Hatai; 崇幡井; Tsutomu Kunugibara; 勉櫟原
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2001-07-10
Anticipated expiration: 2020-10-17
Also published as: JP3587156B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子の放出効率が高い電界放射型電子源を提供
する。【解決手段】ｐ形シリコン基板１６の主表面に形成した
ｎ形領域８ａと、導電性薄膜よりなる表面電極７との間
に半導体層であるドリフト部６ａが設けられる。ドリフ
ト部６ａは陽極酸化処理によって多孔質化された領域を
有し、多孔質化された領域の厚み寸法は２μｍを超えな
い範囲に設定される。ｎ形領域８ａと表面電極７との間
に表面電極７を高電位側として電圧を印加すると、ドリ
フト部６ａに作用する電界によりｎ形領域８ａから注入
された電子がドリフト部６ａをドリフトし表面電極７を
通して放出される。ここで、多孔質化された領域の厚み
が薄いことによって、多孔質化された領域でのトンネル
の確率が向上するとともに散乱される電子が低減し、表
面電極７を通して放出される電子の量が大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料を用い
て電界放射により電子線を放射するようにした電界放射
型電子源およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、特開平８−２５０７６６号公
報に開示されているようにシリコン基板などの単結晶の
半導体基板を用い、その半導体基板の一表面を陽極酸化
することにより多孔質半導体層（ポーラスシリコン層）
を形成して、その多孔質半導体層上に金属薄膜を形成
し、半導体基板と金属薄膜との間に電圧を印加して電子
を放射させるように構成した電界放射型電子源（半導体
冷電子放出素子）が知られている。

【０００３】上記公報に記載された電界放射型電子源
は、単結晶の半導体基板が必須構成であるから大面積化
が困難であって、平面ディスプレイ装置のように大面積
の電子源を要する用途には適していないものである。

【０００４】これに対して、本願発明者らは、特願平１
０−２７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号など
において大面積化の可能な電界放射型電子源を提案し
た。これらの電子源は、導電性基板と金属薄膜からなる
表面電極との間に、多孔質多結晶半導体層（たとえば、
多孔質化された多結晶シリコン層）を急速熱酸化（ＲＴ
Ｏ）技術によって急速熱酸化することによって形成した
強電界ドリフト層を介在させた構造を有し、導電性基板
から強電界ドリフト層に注入された電子が強電界ドリフ
ト層においてドリフトするようになっている。この種の
電界放射型電子源は、たとえば図８に示すように、導電
性基板としてのｎ形シリコン基板１１の主表面側に、酸
化した多孔質多結晶シリコン層よりなる強電界ドリフト
層６のドリフト部６ａ（図示する構成では強電界ドリフ
ト層６の全体がドリフト部６ａとして機能する）を介し
て金属薄膜よりなる表面電極７が積層され、ｎ形シリコ
ン基板１１の裏面にオーミック電極２が積層された形状
に形成される。

【０００５】図８に示す電界放射型電子源から電子を放
出させるには、図９に示すように、表面電極７に対向配
置されたコレクタ電極１２を設け、表面電極７とコレク
タ電極１２との間を真空とした状態で、表面電極７がｎ
形シリコン基板１１（オーミック電極２）に対して高電
位側となるように表面電極７とｎ形シリコン基板１１と
の間に直流電圧Ｖｐｓを印加するとともに、コレクタ電
極１２が表面電極７に対して高電位側となるようにコレ
クタ電極１２と表面電極７との間に直流電圧Ｖｃを印加
する。各直流電圧Ｖｐｓ，Ｖｃを適宜に設定すれば、ｎ
形シリコン基板１１から注入された電子が強電界ドリフ
ト層６をドリフトし表面電極７を通して放出される（な
お、図９中の一点鎖線は表面電極７を通して放出された
電子ｅ^-の流れを示す）。表面電極７には仕事関数の小
さな材料が採用され、表面電極７の膜厚は１０〜１５ｎ
ｍ程度に設定されている。

【０００６】ここで、強電界ドリフト層６のドリフト部
６ａは、図１０に示すように、柱状の多結晶シリコンか
らなるグレイン２１と、グレイン２１の表面に形成され
た薄いシリコン酸化膜２２と、多結晶シリコンのグレイ
ン２１の間に介在するナノメータオーダの微結晶シリコ
ン２３と、微結晶シリコン２３の表面に形成され微結晶
シリコン２３の結晶粒径よりも小さい膜厚の絶縁膜であ
るシリコン酸化膜２４とを少なくとも含むと考えられ
る。このドリフト部６ａは上述した処理を行う前の多結
晶シリコンに含まれていたグレインの表面が多孔質化
し、残されたグレイン２１で結晶状態が維持されている
ものと考えられる。したがって、ドリフト部６ａに印加
された電界の大部分はシリコン酸化膜２４を集中的に通
り、注入された電子ｅ^-はグレイン２１の間でシリコン
酸化膜２４を通る強電界により加速され図１０の矢印Ａ
の向き（図１０中の上向き）にドリフトする。なお、ド
リフト部６ａの表面に到達した電子はホットエレクトロ
ンであると考えられ、表面電極７を容易にトンネルし真
空中に放出される。

【０００７】上述の構成を有する電界放射型電子源で
は、表面電極７とオーミック電極２との間に流れる電流
をダイオード電流Ｉｐｓと呼び、コレクタ電極１２と表
面電極７との間に流れる電流を放出電子電流Ｉｅと呼ぶ
ことにすれば（図９参照）、ダイオード電流Ｉｐｓに対
する放出電子電流Ｉｅの比率（＝Ｉｅ／Ｉｐｓ）が大き
いほど電子放出効率が高くなる。なお、この電界放射型
電子源では、表面電極７とオーミック電極２との間に印
加する直流電圧Ｖｐｓを１０〜２０Ｖ程度の低電圧とし
ても電子を放出させることができる。また、この電界放
射型電子源は、電子放出特性の真空度依存性が小さく、
しかも電子放出時にポッピング現象が発生せず、電子を
高い電子放出効率で安定して放出することができる。

【０００８】ところで、上述した構成例では導電性基板
としてｎ形シリコン基板１１を用いているが、ｎ形シリ
コン基板１１に代えてガラス基板のような絶縁性基板上
にＩＴＯ膜のような導電体層を形成した基板を用いるこ
ともでき、このような構成の導電性基板を用いると、電
子源の大面積化および低コスト化が可能になる。このよ
うな構成の導電性基板の一例を図１１に示す。図１１に
示す導電性基板は、ガラス基板よりなる絶縁性基板１３
と、絶縁性基板１３の上に形成したＩＴＯ膜よりなる導
電体層８ｂとで構成した導電性基板を用いており、導電
体層８ｂには強電界ドリフト層６（つまりドリフト層６
ａ）を介して金属薄膜よりなる表面電極７が形成が積層
されている。この電界放射型電子源では、強電界ドリフ
ト層６が導電体層８ｂの上にノンドープの多結晶シリコ
ン層を堆積させた後に、多結晶シリコン層を陽極酸化処
理にて多孔質化し、さらに酸化あるいは窒化することに
より形成されている。

【０００９】図１１に示す電界放射型電子源から電子を
放出させるには、図８に示した電界放射型電子源と同様
に表面電極７に対向配置されたコレクタ電極１２を設け
る。つまり、図１２に示すように、表面電極７とコレク
タ電極１２との間を真空とした状態で、表面電極７が導
電体層８ｂに対して高電位側となるように表面電極７と
導電体層８ｂとの間に直流電圧Ｖｐｓを印加するととも
に、コレクタ電極１２が表面電極７に対して高電位側と
なるようにコレクタ電極１２と表面電極７との間に直流
電圧Ｖｃを印加する。各直流電圧Ｖｐｓ，Ｖｃを適宜に
設定すれば、導電体層８ｂから注入された電子が強電界
ドリフト層６をドリフトし表面電極７を通して放出され
る（なお、図１２中の一点鎖線は表面電極７を通して放
出された電子ｅ^-の流れを示す）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
は上述した多孔質半導体層からなるドリフト部６ａが形
成された強電界ドリフト層６を有する電界放射型電子源
では、多孔質化された領域の厚み寸法が電子の放出量に
依存しているという知見を得た。すなわち、多孔質化さ
れたドリフト部６ａがなければ電子は放出されないが、
図１３に示すように、多孔質化された領域の厚み寸法が
大きいほど電子の放出量が小さくなる傾向がある。とく
に２μｍを超えると電子の放出量が極端に低下してい
る。このように多孔質化された領域の厚み寸法が２μｍ
を超えるような電界放射型電子源をディスプレイ装置の
電子源に用いるとすれば、ディスプレイ装置を実用的な
輝度で発光させることができないという不都合が生じ
る。上述のように電子の放出量が多孔質化された領域の
厚み寸法に依存するのは、多孔質化された領域では微結
晶シリコン２３で電子が散乱するからであると考えられ
る。すなわち、微結晶シリコン２３により電子が散乱さ
れると電子のエネルギが減少するから、多孔質化された
領域の厚み寸法が大きいほどドリフト部６ａを通過する
電子のエネルギが低減され、結局は表面電極７を通過で
きなくなるのである。

【００１１】本発明は上記事由に鑑みて為されたもので
あり、その目的は、電子の放出効率が高い電界放射型電
子源およびその製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、一方
の電極となる導電性基板と、導電性薄膜よりなり他方の
電極となる表面電極と、導電性基板と表面電極との間に
設けられ陽極酸化処理により多孔質化された領域を有す
る半導体層であるドリフト部とを有し、導電性基板と表
面電極との間に表面電極を高電位側として電圧を印加し
たときにドリフト部に作用する電界により導電性基板か
ら注入された電子がドリフトして表面電極を通して放出
されるようにし、ドリフト部における多孔質化された領
域の厚みを薄くしたことを特徴とする。この構成によれ
ば、多孔質化された領域の厚みが薄いことによって、多
孔質化された領域でのトンネルの確率が向上するととも
に散乱される電子が低減するから、表面電極を通して放
出される電子の量が大きくなり、結果的に従来構成より
も電子量を大きくできる。

【００１３】ここに、本発明における導電性基板は、半
導体基板に不純物をドープすることにより導電性領域を
形成したもの、ガラス基板のような絶縁性基板の表面に
金属薄膜を形成したものを含むものとする。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ドリフト部における多孔質化された領域の厚み
が２μｍを超えないことを特徴とする。この寸法を選択
することによって電子の放出効率が高くなる。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、前記ドリフト部における多孔質化さ
れた領域が、単結晶シリコンと多結晶シリコンとアモル
ファスシリコンとから選択されることを特徴とする。こ
の構成によれば、ドリフト部を形成する半導体層に駆動
回路を構成する素子などを形成することができ、駆動回
路と一体化した電子源を提供することが可能になる。

【００１６】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、多孔質化された領域の厚みが表面電
極と導電性基板との距離にほぼ等しいことを特徴とす
る。この構成によれば、導電性基板と表面電極との間に
電圧を印加することにより生じる電界の大部分が多孔質
化された領域に作用することになり、電界を無駄なく電
子の放出に利用できて電子の放出効率が高くなる。

【００１７】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、前記ドリフト部が２μｍを超えない厚み寸法である
ことを特徴とする。この構成によれば、導電性基板上に
形成されるドリフト部とドリフト部以外の部位との間に
段差がほとんど形成されず、ドリフト部とドリフト部以
外に跨る形で表面電極を形成しても表面電極に形成され
る段差が大きくならず、表面電極の断線や高抵抗化を防
止することができ、かつ表面電極を容易に形成すること
ができる。

【００１８】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記ドリフト部における電子放出側
の表面が平滑であることを特徴とする。この構成によれ
ば、ドリフト部において電子を放出する面が平滑である
ことによって、放出される電子の広がりが少なくなる。
その結果、高精細なディスプレイの電子源のように電子
の放出方向の角度範囲を狭くすることが要求される装置
への応用が可能である。

【００１９】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記ドリフト部における電子放出側の凹凸の最大振
幅がドリフト部における多孔質化された領域の厚み寸法
以下であることを特徴とする。この構成によれば、ドリ
フト部における多孔質化された領域の厚み寸法に対して
ドリフト部における電子放出側の凹凸の程度が少ないか
ら、ドリフト部における電子放出側の表面の法線方向の
分布が比較的小さくなり、放出される電子の広がりが少
なくなる。その結果、高精細なディスプレイの電子源の
ように電子の放出方向の角度範囲を狭くすることが要求
される装置への応用が可能である。

【００２０】請求項８の発明は、請求項６の発明におい
て、前記導電性基板の厚み方向に直交する仮想基準面に
対する前記ドリフト部における表面の法線方向の角度分
布が、前記ドリフト部から放出される電子の前記仮想基
準面に対する放出方向として許容される角度分布範囲内
であることを特徴とする。この構成によれば、電子の放
出方向のばらつきが少なく放出される電子の広がりが少
なくなる。その結果、高精細なディスプレイの電子源の
ように電子の放出方向の角度範囲を狭くすることが要求
される装置への応用が可能である。

【００２１】請求項９の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、前記導電性基板が絶縁
性基板の表面側にフッ酸に対する耐食性を有する導電体
層を形成したものであり、前記ドリフト部となる半導体
層を２μｍを超えない厚み寸法で導電体層の表面側に形
成した後に、フッ酸を含むエッチャントを用いて半導体
層に陽極酸化処理を施すことにより半導体層の厚み寸法
の全体に達する多孔質化された領域を形成することを特
徴とする。この方法によれば、ドリフト部となる半導体
層において多孔質化された領域の深さが半導体層の厚み
寸法の全体に達し、しかも導電体層がエッチャントに含
まれるフッ酸に対して耐食性を有していることにより、
多孔質化された領域が導電体層に達すると多孔質化が終
了することになり、半導体層の厚みの管理によって陽極
酸化処理における多孔質化された領域の厚みの制御が可
能になり、ドリフト部の作成が容易になる。その結果、
電子の放出量のばらつきが小さくなる。

【００２２】請求項１０の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、陽極酸化処理におけ
る電荷量によって前記ドリフト部における多孔質化され
た領域の厚みを制御することを特徴とする。この方法に
よれば、電荷量の制御によってドリフト部における多孔
質化された領域を所望の厚み寸法に制御することができ
る。

【００２３】請求項１１の発明は、請求項１０の発明に
おいて、前記電荷量が通電時間によって制御されること
を特徴とする。この方法によれば、多孔質化された領域
の多孔度を一定に保ちながら多孔質化された領域の厚み
寸法を制御することができ、仕様の異なる電子源を容易
に製造することができる。

【００２４】請求項１２の発明は、請求項１０の発明に
おいて、前記陽極酸化処理においてパルス状の電流を間
欠的に通電するようにし、前記電荷量がパルス状の電流
を通電する回数によって制御されることを特徴とする。
この方法によれば、電流を間欠的に流して陽極酸化の進
行速度を比較的小さくすることができるから、連続的に
通電する場合に比較すると、多孔質化される領域の厚み
寸法の制御が容易である。

【００２５】請求項１３の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、前記陽極酸化処理で
は、前記導電性基板と前記ドリフト部となる半導体層と
を備える被処理物を対極とともにエッチャントに浸漬し
た状態で、前記ドリフト部における多孔質化された領域
の厚み寸法が均一になるように導電性基板と対極との間
にパルス状の電流を極性を交互に反転して通電し、前記
ドリフト部における多孔質化された領域が所望の厚み寸
法になるようにパルス状の電流を通電する回数で電荷量
を制御することを特徴とする。この方法では、パルス状
の電流を極性が交互に反転するように通電するから、半
導体層の多孔質化と、電解によるガスの発生とが交互に
繰り返されることになる。つまり、多孔質化された領域
は電流が流れやすくなり半導体層を多孔質化する期間に
多孔質化が促進された部位の近傍ほど電解中の期間にガ
スが多く発生するのであって、次に多孔質化を行うとき
にはガスが多く発生した部位ほど多孔質化が抑制される
ことになるから、多孔質化の進行が速い部位は、次回の
多孔質化の際には進行が抑制されることになる。このよ
うな動作の繰り返しによって、多孔質化された領域の厚
みをほぼ均一にすることが可能になる。また、多孔質化
された領域の厚み寸法が局所的に導電性基板に到達する
ことがなく、導電性基板にエッチャントが触れることに
よって導電性基板が腐食される可能性を低減することが
できる。

【００２６】請求項１４の発明は、請求項１３の発明に
おいて、導電性基板を正極とする期間におけるパルス状
の電流の１回当たりの電荷量を制御することを特徴とす
る。この方法では、多孔質化の進行速度を調節すること
ができる。

【００２７】請求項１５の発明は、請求項１３の発明に
おいて、導電性基板を負極とする期間におけるパルス状
の電流の１回当たりの電荷量を制御することを特徴とす
る。この方法では電解時のガスの発生量を調節すること
ができ、多孔質化の抑制の程度を調節することができ
る。

【００２８】請求項１６の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、前記ドリフト部とな
る半導体層における電子放出側の表面を平滑化する過程
を含むことを特徴とする。この方法によれば、ドリフト
部において電子を放出する面を平滑化することができ、
放出される電子の広がりが少なくなる。その結果、高精
細なディスプレイの電子源のように電子の放出方向の角
度範囲を狭くすることが要求される装置への応用が可能
である。

【００２９】請求項１７の発明は、請求項１記載の電解
放射型電子源において、前記導電性基板において前記ド
リフト部となる半導体層が形成される表面を平滑化する
過程を含むことを特徴とする。この方法によれば、ドリ
フト部となる半導体層を平滑化された表面に形成するこ
とができるから、結果的にドリフト部となる半導体層の
表面も平滑化されやすくなる。

【００３０】請求項１８の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、前記陽極酸化処理で
は、前記導電性基板と前記ドリフト部となる半導体層と
を備える被処理物を対極とともにエッチャントに浸漬し
た状態で導電性基板と対極との間に通電し、導電性基板
と対極との間の印加電圧が規定の閾値に達すると陽極酸
化処理を終了することを特徴とする。この構成によれ
ば、ドリフト部において多孔質化される領域の深さを正
確に制御することができ、導電性基板の損傷や電子放出
量のばらつきを低減することができる。しかも新たな過
程を追加する必要がなく、印加電圧を管理するだけであ
るから、コスト増を伴わずに容易に実現することができ
る。

【００３１】請求項１９の発明は、請求項１８の発明に
おいて、陽極酸化処理の終了前には初期よりも導電性基
板と対極との間の電流密度を低減することを特徴とす
る。この構成によれば、陽極酸化処理の終了前には電流
密度を低減しているから、陽極酸化処理の処理時間にず
れが生じても多孔質化の程度に大きな差が生じることが
なく、多孔質化の程度の制御が容易になる。しかも、陽
極酸化処理の初期には電流密度を大きくしているから、
陽極酸化処理の処理時間が極端に長くなることはない。

【００３２】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）本実施形態
では、図１に示すように、電界放射型電子源（以下、電
子源という）１０に対向してガラス基板１４を配設し、
ガラス基板１４における電子源１０との対向面にコレク
タ電極１２および蛍光体層１５を設けることによってデ
ィスプレイ装置を構成する例を示す。蛍光体層１５はコ
レクタ電極１２の表面に塗布されており、電子源１０か
ら放射される電子により可視光を発光する。また、ガラ
ス基板１４は図示しないスペーサによって電子源１０と
離間させてあり、ガラス基板１４と電子源１０との間に
形成される気密空間を真空にしてある。

【００３３】本実施形態で用いる電子源１０は、図１な
いし図３に示すように、ｐ形シリコン基板１６の主表面
側に導電体層としての複数本のｎ形領域８ａがストライ
プ状に形成された導電性基板と、各ｎ形領域８ａにそれ
ぞれ重なる形でストライプ状に形成された多孔質多結晶
シリコンよりなるドリフト部６ａおよびドリフト部６ａ
の間を埋めてドリフト部６ａと面一となった多結晶シリ
コンよりなる分離部６ｂを有する強電界ドリフト層６
と、強電界ドリフト層６の上でドリフト部６ａおよび分
離部６ｂに跨ってｎ形領域８ａに直交する方向のストラ
イプ状に形成された複数本の導電性薄膜（たとえば、金
薄膜）よりなる表面電極７とを備えている。

【００３４】上述した電子源１０は、ストライプ状に形
成されたｎ形領域８ａと、ｎ形領域８ａに直交するスト
ライプ状に形成された表面電極７との間に強電界ドリフ
ト層６のドリフト部６ａが挟まれているから、表面電極
７とｎ形領域８ａとの組を適宜選択して選択した組間に
電圧を印加することにより、選択された表面電極７とｎ
形領域８ａとの交点に相当する部位のドリフト部６ａに
のみ強電界が作用して電子が放出される。つまり、表面
電極７とｎ形領域８ａとからなる格子の格子点に電子源
を配置したことに相当し、電圧を印加する表面電極７と
ｎ形領域８ａとの組を選択することによって所望の格子
点から電子を放出させることが可能になる。なお、ｎ形
領域８ａへのコンタクトは、図２に示すようにドリフト
部６ａの端部をエッチングしてｎ形領域８ａの表面の一
部を露出させることにより形成され、電線Ｗを介して外
部回路に接続される。なお、ｎ形領域８ａは、キャリア
濃度を１×１０¹⁸〜５×１０¹⁹ｃｍ^-3としてあり、ｎ形
領域８ａと表面電極７との間に印加する電圧は１０〜３
０Ｖ程度になっている。

【００３５】以下に、本実施形態における電子源１０の
製造過程について説明する。まず図４（ａ）に示す構造
を得るために、ｐ形シリコン基板１６の主表面上に熱拡
散用あるいはイオン注入用のマスクを設け、次に熱拡散
技術あるいはイオン注入技術によってｐ形シリコン基板
１６内の主表面側にリン（Ｐ）などのドーパントを導入
することによりストライプ状のｎ形領域８ａを形成し、
最後にマスクを除去する。

【００３６】次に、ｎ形領域８ａを形成したｐ形シリコ
ン基板１６の主表面上にＬＰＣＶＤ法により膜厚が１．
５μｍのノンドープの多結晶シリコン層３を形成するこ
とにより図４（ｂ）に示す構造が得られる。ただし、多
結晶シリコン層３の成膜方法は、ＬＰＣＶＤ法に限定さ
れるものではなく、たとえばスパッタ法あるいはプラズ
マＣＶＤ法によってアモルファスシリコン層を形成した
後、アモルファスシリコン層に対してアニール処理を行
うことにより結晶化させて多結晶シリコン層３を形成す
る方法でもよい。

【００３７】その後、多結晶シリコン層３の上にマスク
層としてのフォトレジスト層を塗布形成し、フォトリソ
グラフィ技術によってｎ形領域８ａの上方の部位を開孔
することにより図４（ｃ）のようにストライプ状にパタ
ーニングされたレジスト層９が形成される。

【００３８】さらに、ｐ形シリコン基板１６の裏面に図
示しないオーミック電極を形成した後、前記レジスト層
９をマスクとして利用し陽極酸化処理を施すことによ
り、多結晶シリコン層３に多孔質多結晶シリコンのドリ
フト部６ａを形成する。陽極酸化は、図５に示す装置を
用いて行われる。すなわち、フッ酸とエタノールと水と
を適量混合したエッチャントを投入した処理層３１を恒
温水槽３２の中に入れてエッチャントの温度を制御し、
図４（ｃ）のように導電性基板と多結晶シリコン層３と
が形成された被処理物３０のｐ形シリコン基板１６と白
金電極である対極３３とをエッチャントに浸漬してｐ形
シリコン基板１６と対極３３との間に通電する。この間
には多結晶シリコン層３の露出した部分にランプ３４か
らの光照射を行う。ｐ形シリコン基板１６と対極３３と
の間に通電する電流パターンは、ファンクションジェネ
レータ３５およびガルバノスタット３６により制御され
る。つまり、ファンクションジェネレータ３５では通電
電流の極性および通電時間を制御し、ガルバノスタット
３６では通電電流の電流値を制御する。

【００３９】本実施形態における電流パターンでは、ｐ
形シリコン基板１６を正極として連続的に通電する。通
電期間や電流密度は、エッチャントの組成およびエッチ
ャントの温度によって適宜に設定される。つまり、エッ
チャントの組成やエッチャントの温度によって陽極酸化
処理時の電荷量が調節される。上述のようにフッ酸とエ
タノールと水とを混合したエッチャントを用いる場合に
は、エッチャントの温度を０℃から室温の温度範囲に制
御し、電流密度が１〜２００ｍＡ／ｃｍ²になるように
電流を通電するのが望ましい。本実施形態のように、陽
極酸化処理の際に電流密度を一定にし、全体の電荷量を
処理時間によって制御する場合には、電界量に応じて多
孔質化された領域の深さが決まるから、陽極酸化処理の
処理時間を短くすることによって多孔質化される部位の
多孔度を変えずに厚み寸法を小さくすることができる。
目安としては、陽極酸化処理において電流密度を２５ｍ
Ａ／ｃｍ²とし６秒間の通電を行うことで多孔質化され
た領域の厚みを２μｍを超えないように薄く形成するこ
とが可能である。

【００４０】上述のような陽極酸化処理によってストラ
イプ状の多孔質多結晶シリコン層が形成され、これがド
リフト部６ａになる。その後、レジスト層９を除去する
ことにより図４（ｄ）に示す構造が得られる。

【００４１】陽極酸化処理の後には、ランプアニール装
置を用い、乾燥酸素雰囲気中で多孔質多結晶シリコン層
５を急速熱酸化（ＲＴＯ）することによって、熱酸化さ
れた多孔質多結晶シリコンよりなるドリフト部６ａが形
成され、図４（ｅ）に示す構造が得られる。

【００４２】その後、多結晶シリコン層３上に、ストラ
イプ状の開口パターンを有するメタルマスクを用いて蒸
着法によって、金薄膜よりなるストライプ状の表面電極
７が形成され、図４（ｆ）に示す構造の電子源１０が得
られる。表面電極７は膜厚を１０ｎｍとしてある。表面
電極７のパターニング方法としては、フォトリソグラフ
ィ技術およびエッチング技術を利用してもよいし、フォ
トリソグラフィ技術およびリフトオフ法を利用してもよ
い。

【００４３】また、本実施形態では、導電性基板として
ｐ形シリコン基板１６を採用し、導電体層としてｎ形領
域８ａを採用しているが、導電性基板はｐ形シリコン基
板に限定されるものではなく、導電体層もｎ形領域８ａ
に限定されるものではない。たとえば、ガラスのような
絶縁性基板にクロムのような金属薄膜からなる導電体層
を設けたものを導電性基板として用いてもよい。強電界
ドリフト層６は多結晶シリコン層５を用いて形成されて
いるが、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、シリ
コン以外の半導体も採用することが可能である。表面電
極７の材料は仕事関数が小さければよく、金のほかにア
ルミニウム、クロム、タングステン、ニッケル、白金、
あるいはこれらの金属の合金なども使用可能である。さ
らに、表面電極７の膜厚を１０ｎｍとしたが膜厚につい
ても適宜に選択することができる。

【００４４】陽極酸化処理の際には上述のように連続的
に通電する代わりに、電流をパルス状に通電してもよ
い。パルス状に通電すれば通電が間欠的に行われ、連続
して通電する場合よりも陽極酸化の進行速度を小さくす
ることが可能になるから、多孔質化される領域の厚み寸
法の制御が容易である。

【００４５】ところで、本実施形態ではドリフト部６ａ
において多孔質化された領域の厚みが２μｍ以下である
から、図６（ａ）に示すように、強電界ドリフト層６の
厚み寸法に占める多孔質化された領域Ｄｐの割合が比較
的小さくなり、図６（ｂ）に示すように、電子ｅの放出
方向がドリフト部６ａの表面の凹凸の影響を受けやすく
なる。理想的には、図７（ａ）のようにドリフト部６ａ
の表面を平面化するのが望ましく、ドリフト部６ａの電
子放出側の表面を完全な平面とすることができれば、図
７（ｂ）のように、電子ｅの放出方向がドリフト部６ａ
の表面に直交する方向に揃うことになり、電子の広がり
がもっとも小さくなると考えられる。

【００４６】そこで、本実施形態では、陽極酸化処理を
施す装置を利用して電解研磨法によりドリフト部６ａの
表面の平滑化を行う。ここに、表面の平滑化とは、表面
の凹凸の振幅を小さくしかつ滑らかに連続させるように
加工することを意味している。具体的には、フッ酸とエ
タノールと水とを適量混合した電解液を投入した処理層
３１を恒温水槽３２の中に入れて電解液の温度を制御
し、図４（ｃ）のように、導電性基板と多結晶シリコン
層３とが形成された被処理物３０のｐ形シリコン基板１
６と白金電極である対極３３とを電解液に浸漬してｐ形
シリコン基板１６と対極３３との間に適宜の通電時間だ
け通電する。このときの電流密度を１．５ｍＡ／ｃｍ²
以下もしくは２００ｍＡ／ｃｍ²以上とする（なお、通
電電流の電流値はガルバノスタット３６により制御され
る）ことにより、多結晶シリコン層３が多孔質化されず
に多結晶シリコン層３の表面が電解研磨され、多結晶シ
リコン層３の表面を平滑化することができる。すなわ
ち、多結晶シリコン層３の堆積時におけるグレインの成
長に起因した多結晶シリコン層３の表面の凹凸を低減す
ることができる。なお、ドリフト部６ａにおいて多孔質
化された部位の厚みと表面の凹凸の程度とは相対的なも
のであり、ドリフト部６ａの厚み寸法が２μｍを超えな
いという制限下で図８（ａ）のように多孔質化された領
域Ｄｐが強電界ドリフト層６に占める厚み寸法の割合を
大きくし、図８（ｂ）のように、ドリフト部６ａの凹凸
の最大振幅がドリフト部６ａにおいて多孔質化された領
域Ｄｐの厚み寸法以下になるようにすれば、電子ｅの放
出方向のばらつきを低減することができる。実際には導
電性基板の厚み方向に直交する仮想基準面を設定し、仮
想基準面に対するドリフト部６ａの表面の法線方向の角
度分布が、ドリフト部６ａから放出される電子ｅの仮想
基準面に対する放出方向として許容される角度分布範囲
内になるように平滑化する。ここに、電子ｅの放出方向
として許容される角度分布範囲は、たとえば、ディスプ
レイ装置の電子源に用いる場合であれば画素の大きさに
より規定される。つまり、ディスプレイ装置の電子源で
あれば高精細であるほと電子ｅの放出方向の角度分布を
小さくすることが要求されるから、上述のようにドリフ
ト部６ａの電子放出側の表面を平滑化したことによっ
て、高精細のディスプレイ装置に用いることが可能にな
る。

【００４７】なお、陽極酸化処理時にはマスク層として
レジスト層９を利用したが、マスク層としてストライプ
状に形成した酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を利用し
てもよく、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を利用した
場合には、陽極酸化処理後にマスク層を除去する工程は
不要である。また、マスクとしてストライプ状に形成し
た酸化シリコン膜や窒化シリコン膜を利用する場合に
は、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜よりなるマスク層
を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法によりパターニ
ングし、続けて多結晶シリコン層３の表面の平滑化が可
能になるから、平滑化のために別途の過程を追加するこ
となく低コストで陽極酸化処理前の多結晶シリコン層３
の表面を平滑化することができ、ドリフト部６ａの平滑
化の過程を含みながらもコスト増を抑制することができ
る。

【００４８】上述した構成では多結晶シリコン層３の表
面を平滑化しているが、ｎ形領域８ａをストライプ状に
形成したｐ形シリコン基板１６の表面（つまり、導電性
基板の表面）を平滑化し、この導電性基板の上に多結晶
シリコン層３を形成すればドリフト部６ａの電子放出側
の表面の凹凸の低減に寄与する。したがって、多結晶シ
リコン層３の表面だけではなく導電性基板の表面も平滑
化するのが望ましい。

【００４９】（第２の実施の形態）第１の実施の形態で
は、陽極酸化処理を定電流で行う電流パターンとした
が、本実施形態における電流パターンでは、ｐ形シリコ
ン基板１６を正極とする期間と負極とする期間を交互に
設けてあり、各期間にそれぞれパルス状の電流を通電す
るものである。

【００５０】このような電流パターンとすれば、多孔質
化はｐ形シリコン基板１６を正極とする期間に進行し、
多孔質化された領域は電流が流れやすくなる。一方、ｐ
形シリコン基板１６を負極とする期間には電解によるガ
スが多孔質化された領域付近に発生し、次にｐ形シリコ
ン基板１６を正極とするときの多孔質化を抑制すること
になる。つまり、ｐ形シリコン基板１６を正極とする期
間において多孔質化の進行が速い部位は、次回の多孔質
化の際には進行が抑制されることになる。このような動
作の繰り返しによって、図９のように、多孔質化された
領域Ｄｐはほぼ均一な厚みになる。

【００５１】パルス状の電流の１回当たりの通電期間
（つまりパルス幅）や１回当たりの電流密度は、エッチ
ャントの組成およびエッチャントの温度によって適宜に
設定される。つまり、エッチャントの組成やエッチャン
トの温度によって陽極酸化処理時の電荷量が調節され
る。第１の実施の形態と同様にフッ酸とエタノールと水
とを混合したエッチャントを用いる場合には、エッチャ
ントの温度を０℃から室温の温度範囲に制御し、ｐ形シ
リコン基板１６を正極とする期間には電流密度が１〜２
００ｍＡ／ｃｍ²、ｐ形シリコン基板１６を負極とする
期間には電流密度が−２〜−１００ｍＡ／ｃｍ²になる
ようにパルス状の電流を通電するのが望ましい。また、
正極とする期間においてパルス状の電流の時間幅は１秒
以下とするのが望ましい。

【００５２】本実施形態では、陽極酸化処理の際の通電
方向を交互に変化させるとともに電流をパルス状に通電
したことによって、ドリフト部６ａにおいて多孔質化さ
れた領域Ｄｐの厚みがほぼ均一になっているから、多孔
質化された領域の一部分がｎ形領域８ａに先に到達しな
いように制御することによって、ｎ形領域８ａのエッチ
ャントによる損傷を防止することができる。また、ドリ
フト部６ａにおいて多孔質化された領域Ｄｐの厚みをほ
ぼ均一にした結果として、ｎ形領域８ａと表面電極７と
の組として選択されたドリフト部６ａでは、ほぼ全面か
ら電子を放出させることが可能になり、多孔質化された
領域Ｄｐの厚みが不均一である場合に比較すると、電子
の放出効率が高まるとともに電子の放出量が多くなる。
他の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

【００５３】（第３の実施の形態）本実施形態では、ガ
ラス基板の一表面に導電体層としての白金薄膜を設けた
ものを導電性基板として用いる。ガラス基板の材料は製
造過程における処理温度に応じて、石英ガラス、無アル
カリガラス、低アルカリガラス、ソーダライムガラスか
ら選択される。また、導電体層として白金を選択してい
るのはフッ酸に対して耐食性を有するからである。

【００５４】しかして、本実施形態では、ガラス基板で
ある絶縁性基板１３の一表面にスパッタ法によって０．
２μｍの白金薄膜を導電体層８ｂとして形成し、その
後、図１０（ａ）のように、イオンミリングによって導
電体層８ｂをストライプ状にパターニングする。

【００５５】次に、図１０（ｂ）のように絶縁性基板１
３および導電体層８ｂを覆うようにノンドープの多結晶
シリコン層３を０．５μｍの厚みになるように成膜し、
さらに図１０（ｃ）のように、導電体層８ｂの上の多結
晶シリコン層３を残すようにしてＲＩＥによるパターニ
ングを行う。このパターンニングにより強電界ドリフト
層６におけるドリフト部６ａとなる部位のパターンが形
成されることになる。そこで、導電体層８ｂを一方の電
極として第１の実施の形態または第２の実施の形態と同
様の陽極酸化処理を行い、多結晶シリコン層３の多孔質
化を行う。多孔質化の深さは多結晶シリコン層３の厚み
にほぼ等しくし、多孔質化の領域を導電体層８ｂにほぼ
到達させる。ここで、陽極酸化処理の際にエッチャント
がフッ酸を含んでいても導電体層８ｂはフッ酸に対する
耐食性を有するから導電体層８ｂが腐食されることはな
い。陽極酸化処理の後には、ランプアニール装置を用
い、乾燥酸素雰囲気中で急速熱酸化（ＲＴＯ）すること
によって、熱酸化された多孔質多結晶シリコンよりなる
ドリフト部６ａが形成される。

【００５６】その後、図１０（ｄ）のように、絶縁性基
板１３およびドリフト部６ａを覆うようにＥＢ蒸着法に
よって金薄膜を形成し、パターニングによってストライ
プ状の表面電極７が形成され、電子源１０を形成するこ
とができる。

【００５７】ただし、本実施形態では絶縁性基板１３に
多結晶シリコン層３を設けているから、電子源の周辺部
分で多結晶シリコン層３に半導体素子を形成することに
よって電子源の駆動回路などを絶縁性基板１３に一括し
て形成することができる。

【００５８】本実施形態ではドリフト部６ａにおける多
孔質化の領域の厚みが多結晶シリコン層３の厚みにほぼ
等しいから、ドリフト層６ａにおける多孔質化された領
域に全電圧が印加されることになり、印加した電圧を無
駄なく電子の放出に利用することができて電子の放出量
を大きくすることができる。また、本実施形態では導電
性基板として絶縁性基板１３に導電体層８ｂを設けたも
のを用いているが、フッ酸に対する耐食性を有する材料
であれば白金以外でもよく、他の導電性材料を耐食性材
料で保護することにより導電体層を形成してもよい。他
の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

【００５９】（第４の実施の形態）本実施形態では、陽
極酸化処理の際の条件について考察する。図１１は多結
晶シリコン層３の厚み寸法が１．５μｍであって、陽極
酸化処理における電流密度を２５ｍＡ／ｃｍ²としたと
きの陽極酸化時間と印加電圧（オペレーション電圧）と
の関係を示している。図から明らかなように、電流密度
が一定になるように制御すると、印加電圧は多孔質化の
進行に伴って（つまり、時間経過に伴って）徐々に低下
する。ただし、エッチャントの成分のばらつき、エッチ
ャントの温度のばらつき、陽極酸化処理の際に照射する
光の強度などによって印加電圧にはばらつきが生じ、印
加電圧の変動幅ΔＶは時間経過に伴って増大する。この
ような印加電圧のばらつきがあると多孔質化される領域
の深さにばらつきが生じることになる。そこで、本実施
形態では印加電圧について適宜の閾値Ｖｔｈを設定し、
印加電圧が閾値Ｖｔｈに達したときに陽極酸化処理を終
了させている。ここでは、エッチャントの組成をエタノ
ール：フッ酸：水＝２：１：１とするとともに、被処理
物３０にランプ３４からの光照射を行い、電流密度を一
定（２５ｍＡ／ｃｍ²）とするという条件の下で、閾値
Ｖｔｈを１．０Ｖに設定した例を示す。

【００６０】第１の実施の形態において説明した例で
は、陽極酸化処理を行う際に電流密度（２５ｍＡ／ｃｍ
²）および通電時間（６秒間）を一定にしていたから、
図１２に示す制御になる。この制御を行うことによって
陽極酸化処理により多孔質化される領域の体積をほぼ一
定にすることができる。一方、ドリフト部６ａにはグレ
イン２１が含まれるから、多孔質化された領域の体積が
等しくても多孔質化された領域の深さが異なる場合もあ
る。そこで、本実施形態では多孔質化された領域の深さ
を一定にするために、印加電圧が設定した閾値Ｖｔｈに
達したときに陽極酸化処理を終了するようにしている。
陽極酸化処理の終了を印加電圧によって管理することに
より、ドリフト部６ａの厚み方向における多孔質化され
た領域の深さの制御を精度よく行うことが可能になる。

【００６１】ここにおいて、印加電圧に閾値Ｖｔｈを設
定するだけでも多孔質化された領域の深さを管理するこ
とが可能になるが、図１３に示すように、陽極酸化処理
の初期には電流密度を比較的大きくし、陽極酸化処理の
終了前には電流密度を低減すれば、陽極酸化の終了時刻
のずれに対する多孔質化のばらつきが少なくなり、多孔
質化された領域の深さの制御がより容易になる。なお、
図１３（ａ）は陽極酸化処理の初期には電流密度を一定
にしておき陽極酸化処理の終了前に電流密度を徐々に低
減させる制御であり、図１３（ｂ）は陽極酸化処理の時
間経過に伴って電流密度を徐々に低減させる制御であ
り、図１３（ｃ）は陽極酸化処理の初期と終了前とで電
流密度を２段階に変化させる制御であって、陽極酸化処
理の初期には電流密度を大きく設定し終了前には電流密
度を小さく設定している。ただし、これらの制御は典型
例を示すものであり、これらの制御例に限定する趣旨で
はない。いずれの制御においても陽極酸化処理の終了は
印加電圧について設定した閾値Ｖｔｈで決定される。他
の構成および動作は第１の実施の形態と同様である。

【００６２】

【発明の効果】請求項１の発明は、一方の電極となる導
電性基板と、導電性薄膜よりなり他方の電極となる表面
電極と、導電性基板と表面電極との間に設けられ陽極酸
化処理により多孔質化された領域を有する半導体層であ
るドリフト部とを有し、導電性基板と表面電極との間に
表面電極を高電位側として電圧を印加したときにドリフ
ト部に作用する電界により導電性基板から注入された電
子がドリフトして表面電極を通して放出されるように
し、ドリフト部における多孔質化された領域の厚みを薄
くしたものであり、多孔質化された領域の厚みを薄くし
たことによって、多孔質化された領域でのトンネルの確
率が向上するとともに散乱される電子が低減するから、
表面電極を通して放出される電子の量が大きくなり、結
果的に従来構成よりも電子量を大きくできるという利点
がある。

【００６３】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ドリフト部における多孔質化された領域の厚み
が２μｍを超えないものであり、この範囲の寸法とする
ことによって電子の放出効率が高くなるという利点があ
る。

【００６４】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明において、前記ドリフト部における多孔質化さ
れた領域が、単結晶シリコンと多結晶シリコンとアモル
ファスシリコンとから選択されるものであり、ドリフト
部を形成する半導体層に駆動回路を構成する素子などを
形成することができ、駆動回路と一体化した電子源を提
供することが可能になるという利点がある。

【００６５】請求項４の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、多孔質化された領域の厚みが表面電
極と導電性基板との距離にほぼ等しいものであり、導電
性基板と表面電極との間に電圧を印加することにより生
じる電界の大部分が多孔質化された領域に作用すること
になり、電界を無駄なく電子の放出に利用できて電子の
放出効率が高くなるという利点がある。

【００６６】請求項５の発明は、請求項４の発明におい
て、前記ドリフト部が２μｍを超えない厚み寸法である
から、導電性基板上に形成されるドリフト部とドリフト
部以外の部位との間に段差がほとんど形成されず、ドリ
フト部とドリフト部以外に跨る形で表面電極を形成して
も表面電極に形成される段差が大きくならず、表面電極
の断線や高抵抗化を防止することができ、かつ表面電極
を容易に形成することができる。

【００６７】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５の発明において、前記ドリフト部における電子放出側
の表面が平滑であるから、ドリフト部において電子を放
出する面が平滑であることによって、放出される電子の
広がりが少なくなるという利点があり、その結果、高精
細なディスプレイの電子源のように電子の放出方向の角
度範囲を狭くすることが要求される装置への応用が可能
である効果がある。

【００６８】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記ドリフト部における電子放出側の凹凸の最大振
幅がドリフト部における多孔質化された領域の厚み寸法
以下とされており、ドリフト部における多孔質化された
領域の厚み寸法に対してドリフト部における電子放出側
の凹凸の程度が少ないから、ドリフト部における電子放
出側の表面の法線方向の分布が比較的小さくなり、放出
される電子の広がりが少なくなる。その結果、高精細な
ディスプレイの電子源のように電子の放出方向の角度範
囲を狭くすることが要求される装置への応用が可能であ
るという利点がある。

【００６９】請求項８の発明は、請求項６の発明におい
て、前記導電性基板の厚み方向に直交する仮想基準面に
対する前記ドリフト部における表面の法線方向の角度分
布を、前記ドリフト部から放出される電子の前記仮想基
準面に対する放出方向として許容される角度分布範囲内
でとしたものであるから、電子の放出方向のばらつきが
少なく放出される電子の広がりが少なくなるという利点
があり、その結果、高精細なディスプレイの電子源のよ
うに電子の放出方向の角度範囲を狭くすることが要求さ
れる装置への応用が可能である。

【００７０】請求項９の発明は、請求項１記載の電界放
射型電子源の製造方法であって、前記導電性基板が絶縁
性基板の表面側にフッ酸に対する耐食性を有する導電体
層を形成したものであり、前記ドリフト部となる半導体
層を２μｍを超えない厚み寸法で導電体層の表面側に形
成した後に、フッ酸を含むエッチャントを用いて半導体
層に陽極酸化処理を施すことにより半導体層の厚み寸法
の全体に達する多孔質化された領域を形成しており、ド
リフト部となる半導体層において多孔質化された領域の
深さが半導体層の厚み寸法の全体に達し、しかも導電体
層がエッチャントに含まれるフッ酸に対して耐食性を有
していることにより、多孔質化された領域が導電体層に
達すると多孔質化が終了することになり、半導体層の厚
みの管理によって陽極酸化処理における多孔質化された
領域の厚みの制御が可能になり、ドリフト部の作成が容
易になる。その結果、電子の放出量のばらつきが小さく
なる。

【００７１】請求項１０の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、陽極酸化処理におけ
る電荷量によって前記ドリフト部における多孔質化され
た領域の厚みを制御することを特徴とし、電荷量の制御
によってドリフト部における多孔質化された領域を所望
の厚み寸法に制御することができるという利点がある。

【００７２】請求項１１の発明は、請求項１０の発明に
おいて、前記電荷量が通電時間によって制御されること
を特徴とし、多孔質化された領域の多孔度を一定に保ち
ながら多孔質化された領域の厚み寸法を制御することが
でき、仕様の異なる電子源を容易に製造することができ
るという利点がある。

【００７３】請求項１２の発明は、請求項１０の発明に
おいて、前記陽極酸化処理においてパルス状の電流を間
欠的に通電するようにし、前記電荷量がパルス状の電流
を通電する回数によって制御されることを特徴とし、電
流を間欠的に流して陽極酸化の進行速度を比較的小さく
することができるから、連続的に通電する場合に比較す
ると、多孔質化される領域の厚み寸法の制御が容易であ
るという利点がある。

【００７４】請求項１３の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、前記陽極酸化処理で
は、前記導電性基板と前記半導体層とを備える被処理物
を対極とともにエッチャントに浸漬した状態で、前記ド
リフト部における多孔質化された領域の厚み寸法が均一
になるように導電性基板と対極との間にパルス状の電流
を極性を交互に反転して通電し、前記ドリフト部におけ
る多孔質化された領域が所望の厚み寸法になるようにパ
ルス状の電流を通電する回数で電荷量を制御することを
特徴とし、パルス状の電流を極性が交互に反転するよう
に通電するから、半導体層の多孔質化と、電解によるガ
スの発生とが交互に繰り返されることになり、多孔質化
された領域の厚みをほぼ均一にすることが可能になる。
その結果、多孔質化された領域の厚み寸法が局所的に導
電性基板に到達することがなく、導電性基板にエッチャ
ントが触れることによって導電性基板が腐食される可能
性を低減することができる。

【００７５】請求項１４の発明は、請求項１３の発明に
おいて、導電性基板を正極とする期間におけるパルス状
の電流の１回当たりの電荷量を制御することを特徴と
し、多孔質化の進行速度を調節することができる。

【００７６】請求項１５の発明は、請求項１３の発明に
おいて、導電性基板を負極とする期間におけるパルス状
の電流の１回当たりの電荷量を制御することを特徴と
し、電解時のガスの発生量を調節することができ、多孔
質化の抑制の程度を調節することができる。

【００７７】請求項１６の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、前記ドリフト部とな
る半導体層における電子放出側の表面を平滑化する過程
を含むことを特徴とし、ドリフト部において電子を放出
する面を平滑化することができ、放出される電子の広が
りが少なくなる。その結果、高精細なディスプレイの電
子源のように電子の放出方向の角度範囲を狭くすること
が要求される装置への応用が可能である。

【００７８】請求項１７の発明は、請求項１記載の電解
放射型電子源において、前記導電性基板において前記ド
リフト部となる半導体層が形成される表面を平滑化する
過程を含むことを特徴とし、ドリフト部となる半導体層
を平滑化された表面に形成することができるから、結果
的にドリフト部となる半導体層の表面も平滑化されやす
くなる。

【００７９】請求項１８の発明は、請求項１記載の電界
放射型電子源の製造方法であって、前記陽極酸化処理で
は、前記導電性基板と前記ドリフト部となる半導体層と
を備える被処理物を対極とともにエッチャントに浸漬し
た状態で導電性基板と対極との間に通電し、導電性基板
と対極との間の印加電圧が規定の閾値に達すると陽極酸
化処理を終了することを特徴とし、ドリフト部において
多孔質化される領域の深さを正確に制御することがで
き、導電性基板の損傷や電子放出量のばらつきを低減す
ることができる。しかも新たな過程を追加する必要がな
く、印加電圧を管理するだけであるから、コスト増を伴
わずに容易に実現することができる。

【００８０】請求項１９の発明は、請求項１８の発明に
おいて、陽極酸化処理の終了前には初期よりも導電性基
板と対極との間の電流密度を低減することを特徴とし、
陽極酸化処理の終了前には電流密度を低減しているか
ら、陽極酸化処理の処理時間にずれが生じても多孔質化
の程度に大きな差が生じることがなく、多孔質化の程度
の制御が容易になる。しかも、陽極酸化処理の初期には
電流密度を大きくしているから、陽極酸化処理の処理時
間が極端に長くなることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略斜視図で
ある。

【図２】同上の要部斜視図である。

【図３】同上の断面図である。

【図４】同上の製造過程を示す主要部の工程図である。

【図５】同上の製造装置の概略構成図である。

【図６】比較例を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は
要部拡大断面図である。

【図７】理想例を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は
要部拡大断面図である。

【図８】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）は要
部断面図、（ｂ）は要部拡大断面図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態を示す要部断面図で
ある。

【図１０】本発明の第３の実施の形態を示す主要部の工
程図である。

【図１１】本発明の第４の実施の形態を示す動作説明図
である。

【図１２】本発明の第１の実施の形態における制御例を
示す動作説明図である。

【図１３】本発明の第４の実施の形態における制御例を
示す動作説明図である。

【図１４】従来例を示す断面図である。

【図１５】同上の動作説明図である。

【図１６】同上の原理説明図である。

【図１７】他の従来例を示す断面図である。

【図１８】同上の動作説明図である。

【図１９】同上の動作説明図である。

【符号の説明】

６強電界ドリフト層６ａドリフト部６ｂ分離部７表面電極８ａｎ形領域８ｂ導電体層１１ｎ形シリコン基板１３絶縁性基板１６ｐ形シリコン基板３０被処理物３３対極Ｄｐ多孔質化された領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者相澤浩一大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者菰田卓哉大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者本多由明大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者幡井崇大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内 (72)発明者櫟原勉大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方の電極となる導電性基板と、導電性
薄膜よりなり他方の電極となる表面電極と、導電性基板
と表面電極との間に設けられ陽極酸化処理により多孔質
化された領域を有する半導体層であるドリフト部とを有
し、導電性基板と表面電極との間に表面電極を高電位側
として電圧を印加したときにドリフト部に作用する電界
により導電性基板から注入された電子がドリフトして表
面電極を通して放出されるようにし、ドリフト部におけ
る多孔質化された領域の厚みを薄くしたことを特徴とす
る電界放射型電子源。
【請求項２】前記ドリフト部における多孔質化された
領域の厚みが２μｍを超えないことを特徴とする請求項
１記載の電界放射型電子源。
【請求項３】前記ドリフト部における多孔質化された
領域が、単結晶シリコンと多結晶シリコンとアモルファ
スシリコンとから選択されることを特徴とする請求項１
または請求項２記載の電界放射型電子源。
【請求項４】多孔質化された領域の厚みが表面電極と
導電性基板との距離にほぼ等しいことを特徴とする請求
項１ないし請求項３のいずれかに記載の電界放射型電子
源。
【請求項５】前記ドリフト部が２μｍを超えない厚み
寸法であることを特徴とする請求項４記載の電界放射型
電子源。
【請求項６】前記ドリフト部における電子放出側の表
面が平滑であることを特徴とする請求項１ないし請求項
５のいずれか１項に記載の電界放射型電子源。
【請求項７】前記ドリフト部における電子放出側の凹
凸の最大振幅がドリフト部における多孔質化された領域
の厚み寸法以下であることを特徴とする請求項６記載の
電界放射型電子源。
【請求項８】前記導電性基板の厚み方向に直交する仮
想基準面に対する前記ドリフト部における表面の法線方
向の角度分布が、前記ドリフト部から放出される電子の
前記仮想基準面に対する放出方向として許容される角度
分布範囲内であることを特徴とする請求項６記載の電界
放射型電子源。
【請求項９】請求項１記載の電界放射型電子源の製造
方法であって、前記導電性基板が絶縁性基板の表面側に
フッ酸に対する耐食性を有する導電体層を形成したもの
であり、前記ドリフト部となる半導体層を２μｍを超え
ない厚み寸法で導電体層の表面側に形成した後に、フッ
酸を含むエッチャントを用いて半導体層に陽極酸化処理
を施すことにより半導体層の厚み寸法の全体に達する多
孔質化された領域を形成することを特徴とする電界放射
型電子源の製造方法。
【請求項１０】請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、陽極酸化処理における電荷量によって
前記ドリフト部における多孔質化された領域の厚みを制
御することを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
【請求項１１】前記電荷量が通電時間によって制御さ
れることを特徴とする請求項１０記載の電界放射型電子
源の製造方法。
【請求項１２】前記陽極酸化処理においてパルス状の
電流を間欠的に通電するようにし、前記電荷量がパルス
状の電流を通電する回数によって制御されることを特徴
とする請求項１０記載の電界放射型電子源の製造方法。
【請求項１３】請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、前記陽極酸化処理では、前記導電性基
板と前記ドリフト部となる半導体層とを備える被処理物
を対極とともにエッチャントに浸漬した状態で、前記ド
リフト部における多孔質化された領域の厚み寸法が均一
になるように導電性基板と対極との間にパルス状の電流
を極性を交互に反転して通電し、前記ドリフト部におけ
る多孔質化された領域が所望の厚み寸法になるようにパ
ルス状の電流を通電する回数で電荷量を制御することを
特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
【請求項１４】導電性基板を正極とする期間における
パルス状の電流の１回当たりの電荷量を制御することを
特徴とする請求項１３記載の電界放射型電子源の製造方
法。
【請求項１５】導電性基板を負極とする期間における
パルス状の電流の１回当たりの電荷量を制御することを
特徴とする請求項１３記載の電界放射型電子源の製造方
法。
【請求項１６】請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、前記ドリフト部となる半導体層におけ
る電子放出側の表面を平滑化する過程を含むことを特徴
とする電界放射型電子源の製造方法。
【請求項１７】請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、前記導電性基板において前記ドリフト
部となる半導体層が形成される表面を平滑化する過程を
含むことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
【請求項１８】請求項１記載の電界放射型電子源の製
造方法であって、前記陽極酸化処理では、前記導電性基
板と前記ドリフト部となる半導体層とを備える被処理物
を対極とともにエッチャントに浸漬した状態で導電性基
板と対極との間に通電し、導電性基板と対極との間の印
加電圧が規定の閾値に達すると陽極酸化処理を終了する
ことを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
【請求項１９】陽極酸化処理の終了前には初期よりも
導電性基板と対極との間の電流密度を低減することを特
徴とする請求項１８記載の電界放射型電子源の製造方
法。