JP2001189128A - Field-emission-type electron source and its manufacturing method - Google Patents
Field-emission-type electron source and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体材料を用い
て電界放射により電子線を放射するようにした電界放射
型電子源およびその製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field emission type electron source which emits an electron beam by field emission using a semiconductor material, and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来より、電界放射型電子源として、例
えば米国特許３６６５２４１号などに開示されているい
わゆるスピント（Spindt）型電極と呼ばれるものがあ
る。このスピント型電極は、微小な三角錐状のエミッタ
チップを多数配置した基板と、エミッタチップの先端部
を露出させる放射孔を有するとともにエミッタチップに
対して絶縁された形で配置されたゲート層とを備え、真
空中にてエミッタチップをゲート層に対して負極として
高電圧を印加することにより、エミッタチップの先端か
ら放射孔を通して電子線を放射するものである。2. Description of the Related Art Conventionally, as a field emission type electron source, there is a so-called Spindt electrode disclosed in, for example, US Pat. No. 3,665,241. This Spindt-type electrode has a substrate on which a number of minute triangular pyramid-shaped emitter chips are arranged, a gate layer having a radiation hole for exposing the tip of the emitter chip, and being arranged insulated from the emitter chip. And applying a high voltage with the emitter tip as a negative electrode to the gate layer in a vacuum to emit an electron beam from the tip of the emitter tip through a radiation hole.
【０００３】しかしながら、スピント型電極は、製造プ
ロセスが複雑であるとともに、多数の三角錐状のエミッ
タチップを精度良く構成することが難しく、例えば平面
発光装置やディスプレイなどへ応用する場合に大面積化
が難しいという問題があった。また、スピント型電極
は、電界がエミッタチップの先端に集中するので、エミ
ッタチップの先端の周りの真空度が低くて残留ガスが存
在するような場合、放射された電子によって残留ガスが
プラスイオンにイオン化され、プラスイオンがエミッタ
チップの先端に衝突するから、エミッタチップの先端が
ダメージ（例えば、イオン衝撃による損傷）を受け、放
射される電子の電流密度や効率などが不安定になった
り、エミッタチップの寿命が短くなってしまうという問
題が生じる。したがって、スピント型電極では、この種
の問題の発生を防ぐために、高真空（約１０-5Ｐａ〜約
１０-6Ｐａ）で使用する必要があり、コストが高くなる
とともに、取扱いが面倒になるという不具合があった。However, the Spindt-type electrode has a complicated manufacturing process, and it is difficult to accurately form a large number of triangular pyramid-shaped emitter chips. For example, the Spindt-type electrode has a large area when applied to a flat light emitting device or a display. There was a problem that was difficult. In the Spindt-type electrode, the electric field is concentrated at the tip of the emitter tip, so if the degree of vacuum around the tip of the emitter tip is low and residual gas is present, the emitted gas turns the residual gas into positive ions. Since the ions are ionized and the positive ions collide with the tip of the emitter tip, the tip of the emitter tip is damaged (for example, damage due to ion bombardment), and the current density and efficiency of emitted electrons become unstable. There is a problem that the life of the chip is shortened. Therefore, the Spindt-type electrode needs to be used in a high vacuum (about 10 -5 Pa to about 10 -6 Pa) in order to prevent such a problem from occurring, which increases the cost and complicates handling. There was a problem.
【０００４】この種の不具合を改善するために、ＭＩＭ
（Metal Insulator Metal)方式やＭＯＳ(Metal Oxid
e Semiconductor)型の電界放射型電子源が提案されて
いる。前者は金属−絶縁膜−金属、後者は金属−酸化膜
−半導体の積層構造を有する平面型の電界放射型電子源
である。しかしながら、このタイプの電界放射型電子源
において電子の放出効率を高めるためには（多くの電子
を放射させるためには）、上記絶縁膜や上記酸化膜の膜
厚を薄くする必要があるが、上記絶縁膜や上記酸化膜の
膜厚を薄くしすぎると、上記積層構造の上下の電極間に
電圧を印加した時に絶縁破壊を起こす恐れがあり、この
ような絶縁破壊を防止するためには上記絶縁膜や上記酸
化膜の膜厚の薄膜化に制約があるので、電子の放出効率
（引き出し効率）をあまり高くできないという不具合が
あった。In order to improve this kind of problem, MIM
(Metal Insulator Metal) method and MOS (Metal Oxid
e Semiconductor) type field emission electron sources have been proposed. The former is a flat field emission type electron source having a metal-insulating film-metal structure, and the latter is a metal-oxide film-semiconductor stacked structure. However, in order to increase the electron emission efficiency (to emit many electrons) in this type of field emission electron source, it is necessary to reduce the thickness of the insulating film or the oxide film. If the thickness of the insulating film or the oxide film is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied between the upper and lower electrodes of the laminated structure. Since the thickness of the insulating film or the oxide film is limited, the electron emission efficiency (drawing efficiency) cannot be increased.
【０００５】これらに対し、電子の放出効率を高めるこ
とができる電界放射型電子源として、近年では、例えば
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（導電性薄膜）よりなる表面電
極を形成し、半導体基板と表面電極との間に電圧を印加
して電子を放射させるように構成した電界放射型電子源
（半導体冷電子放出素子）が提案されている。On the other hand, in recent years, as a field emission type electron source capable of increasing the electron emission efficiency, a single-crystal semiconductor such as a silicon substrate has recently been disclosed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-250766. Using a substrate, one surface of the semiconductor substrate is anodized to form a porous semiconductor layer (porous silicon layer), and a surface electrode made of a metal thin film (conductive thin film) is formed on the porous semiconductor layer. In addition, a field emission type electron source (semiconductor cold electron emission element) configured to emit electrons by applying a voltage between a semiconductor substrate and a surface electrode has been proposed.
【０００６】しかしながら、上述の特開平８−２５０７
６６号公報に記載の電界放射型電子源では、電子放出時
にいわゆるポッピング現象が生じやすく、放出電子量に
むらが起こりやすいので、平面発光装置やディスプレイ
装置などに応用すると、発光むらができてしまうという
不具合がある。[0006] However, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-2507 has been disclosed.
In the field emission type electron source described in Japanese Patent Publication No. 66, so-called popping phenomenon easily occurs at the time of electron emission, and the amount of emitted electrons tends to be uneven. Therefore, when applied to a flat light emitting device or a display device, uneven light emission occurs. There is a problem that.
【０００７】そこで、本願発明者らは、特願平１０−２
７２３４０号、特願平１０−２７２３４２号において、
多孔質多結晶半導体層（例えば、多孔質化された多結晶
シリコン層）を急速熱酸化（ＲＴＯ）技術によって急速
熱酸化することによって、導電性基板と金属薄膜（表面
電極）との間に介在し導電性基板から注入された電子が
ドリフトする強電界ドリフト層を形成した電界放射型電
子源を提案した。この電界放射型電子源１０’は、例え
ば、図３に示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基
板１の主表面側に酸化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’が形成され、強電界ドリフト
層６’上に金属薄膜よりなる表面電極７が形成され、ｎ
形シリコン基板１の裏面にオーミック電極２が形成され
ている。[0007] The inventors of the present application have proposed a technique disclosed in Japanese Patent Application No. Hei 10-2.
No. 72340, Japanese Patent Application No. 10-272342,
Rapid thermal oxidation of a porous polycrystalline semiconductor layer (eg, a porous polycrystalline silicon layer) by a rapid thermal oxidation (RTO) technique intervenes between a conductive substrate and a metal thin film (surface electrode). We have proposed a field emission type electron source with a strong electric field drift layer in which electrons injected from a conductive substrate drift. In this field emission type electron source 10 ′, for example, as shown in FIG. 3, a strong electric field drift layer 6 ′ made of an oxidized porous polycrystalline silicon layer is provided on the main surface side of an n-type silicon substrate 1 as a conductive substrate. And a surface electrode 7 made of a metal thin film is formed on the strong electric field drift layer 6 '.
An ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the silicon substrate 1.
【０００８】ところで、上述の電界放射型電子源１０’
では、強電界ドリフト層６’が、導電性基板たるｎ形シ
リコン基板１上にノンドープの多結晶シリコン層を堆積
させた後に、該多結晶シリコン層を陽極酸化処理にて多
孔質化し、多孔質化された多結晶シリコン層（多孔質多
結晶シリコン層）を急速加熱法によって例えば９００℃
の温度で酸化することにより形成されている。ここにお
いて、陽極酸化処理に用いる電解液としては、フッ化水
素水溶液とエタノールとを略１：１で混合した液を用い
ている。また、急速加熱法によって酸化する工程では、
ランプアニール装置を用い、基板温度を乾燥酸素中で室
温から９００℃まで上昇させた後、基板温度を９００℃
で１時間維持することで酸化し、その後、基板温度を室
温まで下降させている。By the way, the above-mentioned field emission type electron source 10 '
Then, after the strong electric field drift layer 6 ′ deposits a non-doped polycrystalline silicon layer on the n-type silicon substrate 1, which is a conductive substrate, the polycrystalline silicon layer is made porous by anodizing treatment, The converted polycrystalline silicon layer (porous polycrystalline silicon layer) is heated at 900 ° C. by a rapid heating method.
Formed by oxidation at a temperature of Here, as the electrolytic solution used for the anodic oxidation treatment, a solution obtained by mixing a hydrogen fluoride aqueous solution and ethanol at a ratio of about 1: 1 is used. In the step of oxidizing by the rapid heating method,
After increasing the substrate temperature from room temperature to 900 ° C. in dry oxygen using a lamp annealing apparatus, the substrate temperature is increased to 900 ° C.
The substrate is oxidized by maintaining the temperature for 1 hour, and then the substrate temperature is lowered to room temperature.
【０００９】図３に示す構成の電界放射型電子源１０’
では、表面電極７を真空中に配置するとともに表面電極
７に対向してコレクタ電極２１を配置し、表面電極７を
ｎ形シリコン基板１（オーミック電極２）に対して正極
として直流電圧Ｖpsを印加するとともに、コレクタ電極
２１を表面電極７に対して正極として直流電圧Ｖcを印
加することにより、ｎ形シリコン基板１から注入された
電子が強電界ドリフト層６’をドリフトし表面電極７を
通して放出される（なお、図３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）。したが
って、表面電極７としては、仕事関数の小さな材料を用
いることが望ましい。ここにおいて、表面電極７とｎ形
シリコン基板１（オーミック電極２）との間に流れる電
流をダイオード電流Ｉpsと称し、コレクタ電極２１と表
面電極７との間に流れる電流を放出電子電流Ｉeと称
し、ダイオード電流Ｉpsに対する放出電子電流Ｉeが大
きい（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１０’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。A field emission type electron source 10 'having the structure shown in FIG.
Then, the surface electrode 7 is arranged in a vacuum, the collector electrode 21 is arranged opposite to the surface electrode 7, and the DC voltage Vps is applied using the surface electrode 7 as a positive electrode with respect to the n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2). At the same time, by applying a DC voltage Vc with the collector electrode 21 as a positive electrode to the surface electrode 7, electrons injected from the n-type silicon substrate 1 drift in the strong electric field drift layer 6 ′ and are emitted through the surface electrode 7. (Note that the dashed line in FIG. 3 indicates the flow of electrons e − emitted through the surface electrode 7). Therefore, it is desirable to use a material having a small work function as the surface electrode 7. Here, a current flowing between the surface electrode 7 and the n-type silicon substrate 1 (the ohmic electrode 2) is called a diode current Ips, and a current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is called an emission electron current Ie. The larger the emission electron current Ie with respect to the diode current Ips (the larger Ie / Ips), the higher the electron emission efficiency. In this field emission type electron source 10 ', electrons can be emitted even when the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is as low as about 10 to 20V.
【００１０】この電界放射型電子源１０’では、電子放
出特性の真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピ
ング現象が発生せず安定して電子を高い電子放出効率で
放出することができる。ここにおいて、強電界ドリフト
層６’は、図４に示すように、少なくとも、ｎ形シリコ
ン基板１の主表面に略直交して列設された柱状の多結晶
シリコン（グレイン）５１と、多結晶シリコン５１の表
面に形成された薄いシリコン酸化膜５２と、多結晶シリ
コン５１間に介在するナノメータオーダの微結晶シリコ
ン層６３と、微結晶シリコン層６３の表面に形成され当
該微結晶シリコン層６３の結晶粒径よりも小さな膜厚の
絶縁膜であるシリコン酸化膜６４とから構成されると考
えられる。すなわち、強電界ドリフト層６’は、各グレ
インの表面が多孔質化し各グレインの中心部分では結晶
状態が維持されていると考えられる。したがって、強電
界ドリフト層６’に印加された電界はほとんどシリコン
酸化膜６４にかかるから、注入された電子はシリコン酸
化膜６４にかかっている強電界により加速され多結晶シ
リコン５１間を表面に向かって図４中の矢印Ａの向きへ
（図４中の上方向へ向かって）ドリフトするので、電子
放出効率を向上させることができる。なお、強電界ドリ
フト層６’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。ここに、表面電極７の膜厚は１０ｎｍ
〜１５ｎｍ程度に設定されている。In the field emission type electron source 10 ', the electron emission characteristics have a small dependence on the degree of vacuum, and the electron emission can be stably emitted with a high electron emission efficiency without generating a popping phenomenon at the time of electron emission. Here, as shown in FIG. 4, the strong electric field drift layer 6 ′ includes at least a columnar polycrystalline silicon (grain) 51 arranged substantially orthogonal to the main surface of the n-type silicon substrate 1 and a polycrystalline silicon. A thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the silicon 51, a microcrystalline silicon layer 63 of nanometer order interposed between the polycrystalline silicon 51, and a microcrystalline silicon layer 63 formed on the surface of the microcrystalline silicon layer 63; It is considered to be composed of a silicon oxide film 64 which is an insulating film having a thickness smaller than the crystal grain size. That is, in the strong electric field drift layer 6 ', it is considered that the surface of each grain is porous and the crystalline state is maintained in the central portion of each grain. Therefore, since the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 ′ is almost applied to the silicon oxide film 64, the injected electrons are accelerated by the strong electric field applied to the silicon oxide film 64 and travel between the polycrystalline silicons 51 toward the surface. 4 (in the upward direction in FIG. 4), so that the electron emission efficiency can be improved. The electrons that have reached the surface of the strong electric field drift layer 6 'are considered to be hot electrons and are easily tunneled through the surface electrode 7 and discharged into a vacuum. Here, the thickness of the surface electrode 7 is 10 nm.
It is set to about 15 nm.
【００１１】なお、上記導電性基板としてｎ形シリコン
基板１などの半導体基板の代わりに、ガラス基板などの
絶縁性基板上に例えばＩＴＯ膜よりなる導電性層を形成
した基板を使用すれば、電子源の大面積化および低コス
ト化が可能になる。If a substrate having a conductive layer made of, for example, an ITO film on an insulating substrate such as a glass substrate is used instead of the semiconductor substrate such as the n-type silicon substrate 1 as the conductive substrate, the electron The area of the source can be increased and the cost can be reduced.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
電界放射型電子源１０’においては、強電界ドリフト層
６’における各シリコン酸化膜５２，６４中に欠陥が存
在するので、各シリコン酸化膜５２，６４の絶縁耐圧が
低くなって電子源の絶縁耐圧が低くなったり、電子の散
乱のために電子放出効率が低下してしまうという不具合
があった。However, in the field emission type electron source 10 'described above, since each silicon oxide film 52, 64 in the strong electric field drift layer 6' has a defect, each silicon oxide film 52 ' , 64, the breakdown voltage of the electron source is reduced, and the electron emission efficiency is reduced due to scattering of electrons.
【００１３】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、絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が
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。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a field emission type electron source having a high withstand voltage and a high electron emission efficiency, and a method of manufacturing the same.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、導電性基板と、導電性基板の一
表面側に形成された酸化した多孔質半導体層よりなる強
電界ドリフト層と、該強電界ドリフト層上に形成された
導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表面電極を導電
性基板に対して正極として電圧を印加することにより導
電性基板から注入された電子が強電界ドリフト層をドリ
フトし表面電極を通して放出される電界放射型電子源の
製造方法であって、導電性基板上に半導体層を形成する
工程と、陽極酸化処理にて前記半導体層の少なくとも一
部を多孔質化することにより多孔質半導体層を形成する
工程と、多孔質半導体層を酸化する工程と、酸化した多
孔質半導体層に水素アニール処理を行うことにより強電
界ドリフト層を形成する工程と、強電界ドリフト層上に
導電性薄膜よりなる表面電極を形成する工程とを有する
ことを特徴とし、酸化した多孔質半導体層に水素アニー
ル処理を行うことにより強電界ドリフト層を形成するこ
とで、強電界ドリフト層の酸化膜中の欠陥密度が減少す
るので、絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い電界放
射型電子源を実現することができる。According to a first aspect of the present invention, there is provided a strong electric field comprising a conductive substrate and an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface of the conductive substrate. A drift layer and a surface electrode formed of a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer, and electrons injected from the conductive substrate by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive substrate. Is a method of manufacturing a field emission type electron source that drifts through a strong electric field drift layer and is emitted through a surface electrode, comprising: forming a semiconductor layer on a conductive substrate; and anodizing the at least one of the semiconductor layers. Forming a porous semiconductor layer by making the portion porous, oxidizing the porous semiconductor layer, and performing a hydrogen annealing treatment on the oxidized porous semiconductor layer to form a strong electric field drift layer. Forming a strong electric field drift layer by performing a hydrogen annealing treatment on the oxidized porous semiconductor layer. Thus, the defect density in the oxide film of the strong electric field drift layer is reduced, so that a field emission type electron source having high withstand voltage and high electron emission efficiency can be realized.
【００１５】請求項２の発明は、導電性基板と、導電性
基板の一表面側に形成された酸化した多孔質半導体層よ
りなる強電界ドリフト層と、該強電界ドリフト層上に形
成された導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表面電
極を導電性基板に対して正極として電圧を印加すること
により導電性基板から注入された電子が強電界ドリフト
層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型
電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体層を
形成する工程と、陽極酸化処理にて前記半導体層の少な
くとも一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を
形成する工程と、多孔質半導体層に水素アニール処理を
行う工程と、水素アニール処理した多孔質半導体層を酸
化することにより強電界ドリフト層を形成する工程と、
強電界ドリフト層上に導電性薄膜よりなる表面電極を形
成する工程とを有することを特徴とし、水素アニール処
理した多孔質半導体層を酸化することにより強電界ドリ
フト層を形成しているので、陽極酸化処理にて形成され
た多孔質半導体層中の欠陥を軽減することができ、当該
多孔質半導体層の酸化により形成される強電界ドリフト
層中の酸化膜および半導体結晶の欠陥密度が減少し、絶
縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い電界放射型電子源
を実現することができる。According to a second aspect of the present invention, a strong electric field drift layer composed of a conductive substrate, an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a strong electric field drift layer formed on the strong electric field drift layer A surface electrode made of a conductive thin film, and by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode to the conductive substrate, electrons injected from the conductive substrate drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. A method for manufacturing a field emission electron source, comprising: forming a semiconductor layer on a conductive substrate; and forming a porous semiconductor layer by making at least a part of the semiconductor layer porous by an anodizing treatment. Performing a hydrogen annealing process on the porous semiconductor layer, and forming a strong electric field drift layer by oxidizing the hydrogen-annealed porous semiconductor layer,
Forming a surface electrode made of a conductive thin film on the strong electric field drift layer, wherein the strong electric field drift layer is formed by oxidizing the hydrogen-annealed porous semiconductor layer. Defects in the porous semiconductor layer formed by the oxidation treatment can be reduced, the defect density of the oxide film and the semiconductor crystal in the strong electric field drift layer formed by oxidation of the porous semiconductor layer is reduced, A field emission type electron source having high withstand voltage and high electron emission efficiency can be realized.
【００１６】請求項３の発明は、導電性基板と、導電性
基板の一表面側に形成された酸化した多孔質半導体層よ
りなる強電界ドリフト層と、該強電界ドリフト層上に形
成された導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表面電
極を導電性基板に対して正極として電圧を印加すること
により導電性基板から注入された電子が強電界ドリフト
層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型
電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体層を
形成する工程と、前記半導体層に水素アニール処理を行
う工程と、前記水素アニール処理後の前記半導体層の少
なくとも一部を陽極酸化処理にて多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成する工程と、多孔質半導体層を
酸化することにより強電界ドリフト層を形成する工程
と、強電界ドリフト層上に導電性薄膜よりなる表面電極
を形成する工程とを有することを特徴とし、導電性基板
上に形成した半導体層に水素アニール処理を行っている
ので、半導体層中に存在する欠陥の低減を図れ、結果的
に強電界ドリフト層中の酸化膜および半導体結晶の欠陥
密度が減少し、絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い
電界放射型電子源を実現することができる。According to a third aspect of the present invention, a strong electric field drift layer comprising a conductive substrate, an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a high electric field drift layer formed on the strong electric field drift layer A surface electrode made of a conductive thin film, and by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode to the conductive substrate, electrons injected from the conductive substrate drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. A method of manufacturing a field emission electron source, comprising: forming a semiconductor layer on a conductive substrate; performing a hydrogen annealing process on the semiconductor layer; and at least a part of the semiconductor layer after the hydrogen annealing process. Forming a porous semiconductor layer by anodizing the porous semiconductor layer; forming a strong electric field drift layer by oxidizing the porous semiconductor layer; Forming a surface electrode made of a conductive thin film on the conductive layer.Since the hydrogen annealing treatment is performed on the semiconductor layer formed on the conductive substrate, it is possible to reduce defects existing in the semiconductor layer. As a result, the defect density of the oxide film and the semiconductor crystal in the strong electric field drift layer is reduced, and a field emission type electron source having a high withstand voltage and a high electron emission efficiency can be realized.
【００１７】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、前記多孔質半導体層を酸化する工程
が、酸素雰囲気中でアニールする工程なので、物性的に
安定した酸化膜を形成することができる。According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the step of oxidizing the porous semiconductor layer is a step of annealing in an oxygen atmosphere. can do.
【００１８】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記多孔質半導体層を酸化する工程
が、酸により電気化学的に酸化する工程なので、前記多
孔質半導体層を酸素雰囲気中でアニールする場合に比べ
てプロセス温度が低温になって、水素アニール処理の温
度を低温化することで導電性基板の材料の制約を少なく
することが可能となり、大面積化および低コスト化が容
易になる。According to a fifth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the step of oxidizing the porous semiconductor layer is a step of electrochemically oxidizing with an acid. The process temperature is lower than in the case of annealing in an atmosphere, and by lowering the temperature of the hydrogen annealing treatment, it is possible to reduce the restrictions on the material of the conductive substrate, thereby increasing the area and cost. Becomes easier.
【００１９】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５のいずれかに記載の製造方法で製造されたことを特徴
とするものであり、酸化した多孔質半導体層に水素アニ
ール処理を施されていない電界放射型電子源に比べて、
絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the oxidized porous semiconductor layer is subjected to a hydrogen annealing treatment. Field emission electron source
High withstand voltage and high electron emission efficiency.
【００２０】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記多孔質半導体層が、多孔質多結晶シリコン層よ
りなるので、強電界ドリフト層がＳｉＯ2の構造若しく
はＳｉＯ2の構造に近い緻密性の高い酸化膜を有するよ
うになる。[0020] The invention of claim 7 is the invention of claim 6, wherein the porous semiconductor layer, which has the porous polycrystalline silicon layer, the strong electric field drift layer is close to the structure or the SiO 2 structure of SiO 2 It has an oxide film with high density.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】（実施形態１）本実施形態では、
図２に示す構成の電界放射型電子源１０の製造方法につ
いて図１を参照しながら説明する。なお、本実施形態で
は、導電性基板として抵抗率が導体の抵抗率に比較的近
い単結晶のｎ形シリコン基板１（例えば、抵抗率が略
０．０１Ωｃｍ〜０．０２Ωｃｍの（１００）基板）を
用いている。(Embodiment 1) In this embodiment,
A method for manufacturing the field emission electron source 10 having the configuration shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG. In this embodiment, a single-crystal n-type silicon substrate 1 having a resistivity relatively close to that of a conductor (for example, a (100) substrate having a resistivity of approximately 0.01 Ωcm to 0.02 Ωcm) is used as the conductive substrate. Is used.
【００２２】本実施形態の電界放射型電子源１０の基本
構成は、図３に示した従来構成と同じであって、図２に
示すように、導電性基板たるｎ形シリコン基板１の主表
面側に酸化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が形成され、強電界ドリフト層６上に導電
性薄膜（例えば、金薄膜）よりなる表面電極７が形成さ
れ、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミック電極２が形
成されている。ここにおいて、本実施形態の電界放射型
電子源１０は、酸化した多孔質多結晶シリコン層に後述
の水素アニール処理を施すことにより強電界ドリフト層
６が形成されている点に特徴がある。The basic configuration of the field emission type electron source 10 of the present embodiment is the same as the conventional configuration shown in FIG. 3, and as shown in FIG. 2, the main surface of the n-type silicon substrate 1 which is a conductive substrate. A strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polycrystalline silicon layer is formed on the side, a surface electrode 7 made of a conductive thin film (for example, a gold thin film) is formed on the strong electric field drift layer 6, and an n-type silicon substrate is formed. An ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the substrate 1. Here, the field emission type electron source 10 of the present embodiment is characterized in that the strong electric field drift layer 6 is formed by performing a hydrogen annealing treatment described later on the oxidized porous polycrystalline silicon layer.
【００２３】図２に示す構成の電界放射型電子源１０で
は、上記従来構成と同様に、表面電極７を真空中に配置
するとともに表面電極７に対向してコレクタ電極２１を
配置し、表面電極７をｎ形シリコン基板１（オーミック
電極２）に対して正極として直流電圧Ｖpsを印加すると
ともに、コレクタ電極２１を表面電極７に対して正極と
して直流電圧Ｖcを印加することにより、ｎ形シリコン
基板１から注入された電子が強電界ドリフト層６をドリ
フトし表面電極７を通して放出される（なお、図２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）。したがって、表面電極７としては、仕事関
数の小さな材料を用いることが望ましい。ここにおい
て、表面電極７とｎ形シリコン基板１（オーミック電極
２）との間に流れる電流をダイオード電流Ｉpsと称し、
コレクタ電極２１と表面電極７との間に流れる電流を放
出電子電流Ｉeと称し、ダイオード電流Ｉpsに対する放
出電子電流Ｉeが大きい（Ｉe／Ｉpsが大きい）ほど電子
放出効率が高くなる。なお、本実施形態の電界放射型電
子源１０においても、上記従来構成と同様に、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。In the field emission type electron source 10 having the configuration shown in FIG. 2, the surface electrode 7 is disposed in a vacuum and the collector electrode 21 is disposed opposite to the surface electrode 7 in the same manner as the above-mentioned conventional configuration. 7 is applied to the n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode, and a DC voltage Vps is applied to the collector electrode 21 as a positive electrode to the surface electrode 7. The electrons injected from 1 drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the surface electrode 7 (the dashed line in FIG. 2 indicates the flow of electrons e − emitted through the surface electrode 7). Therefore, it is desirable to use a material having a small work function as the surface electrode 7. Here, a current flowing between the surface electrode 7 and the n-type silicon substrate 1 (the ohmic electrode 2) is referred to as a diode current Ips,
The current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is referred to as an emission electron current Ie. The electron emission efficiency increases as the emission electron current Ie with respect to the diode current Ips increases (Ie / Ips increases). In the field emission type electron source 10 of the present embodiment, as in the above-described conventional configuration, electrons are emitted even when the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is set to a low voltage of about 10 to 20 V. Can be released.
【００２４】本実施形態の電界放射型電子源１０では、
酸化した多孔質多結晶シリコン層に水素アニール処理を
施されていない従来の電界放射型電子源１０’に比べ
て、絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い。これは、
本実施形態では、強電界ドリフト層６が酸化した多孔質
多結晶シリコン層に水素アニール処理を施すことにより
形成されていることで、上記従来構成における強電界ド
リフト層６’に比べてシリコン酸化膜６４の欠陥密度が
少なく、シリコン酸化膜６４がＳｉＯ2の構造若しくは
ＳｉＯ2の構造に近い構造に近い緻密な膜となっている
とともに、シリコン酸化膜６４と微結晶シリコン層６３
との界面準位密度が低下しているためであると考えられ
る。In the field emission type electron source 10 of the present embodiment,
Compared with the conventional field emission type electron source 10 'in which the oxidized porous polycrystalline silicon layer is not subjected to the hydrogen annealing treatment, the withstand voltage is higher and the electron emission efficiency is higher. this is,
In the present embodiment, the strong electric field drift layer 6 is formed by performing a hydrogen annealing process on the oxidized porous polycrystalline silicon layer. 64 defect density less of, together with the silicon oxide film 64 is a dense film close to the structure close to the structure or the SiO 2 structure of SiO 2, a silicon oxide film 64 and the microcrystalline silicon layer 63
It is considered that this is because the interface state density with respect to has decreased.
【００２５】本実施形態では、導電性基板としてｎ形シ
リコン基板１を用いているが、ｎ形シリコン基板１の代
わりに、クロムなどの金属基板を用いてもよいし、ガラ
ス基板などの絶縁性基板の一表面側に導電性層（例え
ば、ＩＴＯ膜）を形成したものを用いてもよい。ガラス
基板の一表面側に導電性層を形成した基板を用いる場合
には、半導体基板を用いる場合に比べて、大面積化およ
び低コスト化を図ることができる。また、本実施形態で
は表面電極７を金薄膜により構成しているが、厚み方向
に積層された少なくとも二層の薄膜電極層により構成し
てもよい。二層の薄膜電極層により構成する場合には、
上層の薄膜電極層の材料として例えば金などを採用し、
下層の薄膜電極層（強電界ドリフト層６側の薄膜電極
層）の材料として例えば、クロム、ニッケル、白金、チ
タン、イリジウムなどを採用すればよい。なお、本実施
形態では、強電界ドリフト層６を酸化した多孔質多結晶
シリコン層により構成しているが、強電界ドリフト層６
を酸化した多孔質単結晶シリコン、あるいはその他の酸
化した多孔質半導体層により構成してもよい。In this embodiment, the n-type silicon substrate 1 is used as the conductive substrate. However, a metal substrate such as chromium may be used instead of the n-type silicon substrate 1, or an insulating substrate such as a glass substrate may be used. A substrate in which a conductive layer (for example, an ITO film) is formed on one surface side of the substrate may be used. When a substrate in which a conductive layer is formed on one surface side of a glass substrate is used, a larger area and lower cost can be achieved as compared with a case where a semiconductor substrate is used. In the present embodiment, the surface electrode 7 is made of a gold thin film, but may be made of at least two thin film electrode layers stacked in the thickness direction. When it is composed of two thin film electrode layers,
For example, gold is used as the material of the upper thin-film electrode layer,
As a material for the lower thin film electrode layer (the thin film electrode layer on the strong electric field drift layer 6 side), for example, chromium, nickel, platinum, titanium, iridium or the like may be used. In the present embodiment, the strong electric field drift layer 6 is composed of an oxidized porous polycrystalline silicon layer.
Oxidized porous single-crystal silicon or another oxidized porous semiconductor layer.
【００２６】以下、製造方法について図１を参照しなが
ら説明する。Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIG.
【００２７】まず、ｎ形シリコン基板１の裏面にオーミ
ック電極２を形成した後、ｎ形シリコン基板１の表面に
所定膜厚（例えば、１．５μｍ）の半導体層たるノンド
ープの多結晶シリコン層３を形成（成膜）することによ
り図１（ａ）に示すような構造が得られる。なお、多結
晶シリコン層３の成膜は、導電性基板が半導体基板の場
合には例えばＬＰＣＶＤ法やスパッタ法により行っても
よいし、あるいはプラズマＣＶＤ法によってアモルファ
スシリコンを成膜した後にアニール処理を行うことによ
り結晶化させて成膜してもよい。また、導電性基板がガ
ラス基板に導電性層を形成した基板の場合には、ＣＶＤ
法により導電性層上にアモルファスシリコンを成膜した
後にエキシマレーザでアニールすることにより、多結晶
シリコン層を形成してもよい。また、導電性層上に多結
晶シリコン層を形成する方法はＣＶＤ法に限定されるも
のではなく、例えばＣＧＳ（Continuous Grain Silic
on）法や触媒ＣＶＤ法などを用いてもよい。First, after an ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1, a non-doped polycrystalline silicon layer 3 serving as a semiconductor layer having a predetermined thickness (for example, 1.5 μm) is formed on the surface of the n-type silicon substrate 1. Is formed (deposited), a structure as shown in FIG. 1A is obtained. When the conductive substrate is a semiconductor substrate, the polycrystalline silicon layer 3 may be formed by, for example, an LPCVD method or a sputtering method, or an amorphous silicon film is formed by a plasma CVD method and then an annealing process is performed. Crystallization may be performed to form a film. When the conductive substrate is a glass substrate on which a conductive layer is formed, CVD is used.
The polycrystalline silicon layer may be formed by forming an amorphous silicon film on the conductive layer by a method and annealing the film with an excimer laser. Further, the method of forming a polycrystalline silicon layer on the conductive layer is not limited to the CVD method, and for example, a CGS (Continuous Grain Silicate).
on) method or a catalytic CVD method.
【００２８】ノンドープの多結晶シリコン層３を形成し
た後、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを
略１：１で混合した混合液よりなる電解液の入った陽極
酸化処理槽を利用し、白金電極（図示せず）を負極、ｎ
形シリコン基板１（オーミック電極２）を正極として、
多結晶シリコン層３に光照射を行いながら所定の条件で
陽極酸化処理を行うことによって、多孔質多結晶シリコ
ン層４が形成され図１（ｂ）に示すような構造が得られ
る。ここにおいて、本実施形態では、陽極酸化処理の条
件として、陽極酸化処理の期間、多結晶シリコン層３の
表面に照射する光パワーを一定、電流密度を一定とした
が、この条件は適宜変更してもよい（例えば、電流密度
を変化させてもよい）。なお、本実施形態では、多結晶
シリコン層３の全部を多孔質化しているが、多結晶シリ
コン層３の一部（表面から深さ方向の途中までの部分）
を多孔質化するようにしてもよい。After the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed, an anodizing tank containing an electrolytic solution comprising a mixture of a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol in a ratio of about 1: 1 is used. A platinum electrode (not shown) is connected to the negative electrode, n
Type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode
By performing anodizing treatment under predetermined conditions while irradiating the polycrystalline silicon layer 3 with light, a porous polycrystalline silicon layer 4 is formed, and a structure as shown in FIG. 1B is obtained. Here, in the present embodiment, as the conditions of the anodic oxidation treatment, the light power applied to the surface of the polycrystalline silicon layer 3 is constant and the current density is constant during the anodic oxidation treatment, but these conditions are appropriately changed. (For example, the current density may be changed). In the present embodiment, the entire polycrystalline silicon layer 3 is made porous, but a part of the polycrystalline silicon layer 3 (part from the surface to halfway in the depth direction).
May be made porous.
【００２９】次に、ランプアニール装置を用い、炉内を
酸素雰囲気として基板温度を所定の酸化温度（例えば、
９００℃）で所定の酸化時間（例えば、１時間）のアニ
ールを行うことにより、多孔質多結晶シリコン層４を酸
化し、続いて、炉内の酸素を排気してから、水素含有ガ
ス（水素を窒素により爆発限界以下の濃度まで希釈した
ガス）を炉内へ導入し、所定の水素アニール温度（３０
０〜１０００℃の範囲内で適宜設定すればよく、例え
ば、９００℃）で所定の水素アニール時間（例えば、３
０分）の水素アニール処理を行うことにより、強電界ド
リフト層６が形成され、図１（ｃ）に示す構造が得られ
る。Next, using a lamp annealing apparatus, the furnace temperature is set to a predetermined oxidation temperature (for example,
The porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by performing annealing for a predetermined oxidation time (for example, 1 hour) at 900 ° C.). Gas diluted with nitrogen to a concentration below the explosion limit) is introduced into the furnace, and a predetermined hydrogen annealing temperature (30
The temperature may be appropriately set within a range of 0 to 1000 ° C., for example, 900 ° C., and a predetermined hydrogen annealing time (for example, 3 hours).
By performing the hydrogen annealing treatment for 0 minutes), the strong electric field drift layer 6 is formed, and the structure shown in FIG. 1C is obtained.
【００３０】強電界ドリフト層６を形成した後は、強電
界ドリフト層６上に導電性薄膜（例えば、金薄膜）から
なる表面電極７を例えば蒸着により形成することによっ
て、図１（ｅ）に示す構造の電界放射型電子源１０が得
られる。なお、本実施形態では、表面電極７の膜厚を１
５ｎｍとしてあるが、この膜厚は特に限定するものでは
なく、強電界ドリフト層６を通ってきた電子がトンネル
できる膜厚であればよい。また、本実施形態では、表面
電極７となる導電性薄膜を蒸着により形成しているが、
導電性薄膜の形成方法は蒸着に限定されるものではな
く、例えばスパッタ法を用いてもよい。After the strong electric field drift layer 6 is formed, a surface electrode 7 made of a conductive thin film (for example, a gold thin film) is formed on the strong electric field drift layer 6 by, for example, vapor deposition, as shown in FIG. A field emission electron source 10 having the structure shown is obtained. In this embodiment, the thickness of the surface electrode 7 is set to 1
Although the thickness is set to 5 nm, the thickness is not particularly limited, and may be any thickness as long as electrons passing through the strong electric field drift layer 6 can tunnel. In the present embodiment, the conductive thin film to be the surface electrode 7 is formed by vapor deposition.
The method for forming the conductive thin film is not limited to vapor deposition, and for example, a sputtering method may be used.
【００３１】しかして、上述の製造方法によれば、酸化
した多孔質多結晶シリコン層に水素アニール処理を行う
ことにより強電界ドリフト層６を形成することで、強電
界ドリフト層６の酸化膜中の欠陥密度が減少するので、
絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い電界放射型電子
源１０を実現することができる。なお、上述の製造方法
で製造された電界放射型電子源は、図３に示した従来の
電界放射型電子源１０’と同様に、電子放出特性の真空
度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象が発
生せず安定して電子を放出することができる。According to the above-described manufacturing method, the strong electric field drift layer 6 is formed by performing hydrogen annealing on the oxidized porous polycrystalline silicon layer. Since the defect density of
The field emission type electron source 10 having high withstand voltage and high electron emission efficiency can be realized. In addition, the field emission type electron source manufactured by the above-described manufacturing method has a small degree of vacuum dependence of the electron emission characteristics and is popped during electron emission, similarly to the conventional field emission type electron source 10 ′ shown in FIG. Electrons can be stably emitted without a phenomenon occurring.
【００３２】（実施形態２）本実施形態の電界放射型電
子源の製造方法は実施形態１と略同じなので、実施形態
１と相違する点についてのみ説明する。(Embodiment 2) The method of manufacturing a field emission type electron source according to the present embodiment is substantially the same as that of Embodiment 1, and therefore only different points from Embodiment 1 will be described.
【００３３】実施形態１の製造方法では、多孔質多結晶
シリコン層４を酸素雰囲気中でアニールすることで酸化
しているのに対し、本実施形態では、多孔質多結晶シリ
コン層４を酸（例えば、ＨＮＯ3、Ｈ2ＳＯ4、王水な
ど）により電気化学的に酸化している。In the manufacturing method of the first embodiment, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by annealing in an oxygen atmosphere, whereas in the present embodiment, the porous polycrystalline silicon layer 4 is For example, HNO 3 , H 2 SO 4 , aqua regia and the like are electrochemically oxidized.
【００３４】多孔質多結晶シリコン層４を酸により電気
化学的に酸化した後は、ランプアニール装置を用い、水
素含有ガスを炉内へ導入し、所定の水素アニール温度
（３００〜１０００℃の範囲内で適宜設定すればよく、
例えば、９００℃）で所定の水素アニール時間（例え
ば、３０分）の水素アニール処理を行うことにより、強
電界ドリフト層６を形成している。After the porous polycrystalline silicon layer 4 has been electrochemically oxidized with an acid, a hydrogen-containing gas is introduced into the furnace using a lamp annealing apparatus, and a predetermined hydrogen annealing temperature (300 to 1000 ° C.) is used. Can be set appropriately within
The strong electric field drift layer 6 is formed by performing a hydrogen annealing process at a predetermined hydrogen annealing time (for example, 30 minutes) at 900 ° C.).
【００３５】しかして、上述の製造方法によれば、酸化
した多孔質多結晶シリコン層４に水素アニール処理を行
うことにより強電界ドリフト層６を形成することで、強
電界ドリフト層６の酸化膜中の欠陥密度が減少するの
で、絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い電界放射型
電子源１０を実現することができる。なお、上述の製造
方法で製造された電界放射型電子源は、図３に示した従
来の電界放射型電子源１０’と同様に、電子放出特性の
真空度依存性が小さく且つ電子放出時にポッピング現象
が発生せず安定して電子を放出することができる。ま
た、本実施形態では、多孔質多結晶シリコン層４を酸に
より電気化学的に酸化しているので、実施形態１のよう
に多孔質多結晶シリコン層４を酸素雰囲気中でアニール
する場合に比べてプロセス温度が低温になって、水素ア
ニール処理の温度を低温化する（例えば、３００〜１０
００℃の範囲内で比較的低い温度を設定する）ことで導
電性基板の材料の制約を少なくすることが可能となり、
安価なガラス基板を利用することが可能となるから、大
面積化および低コスト化が容易になる。According to the manufacturing method described above, the strong electric field drift layer 6 is formed by performing a hydrogen annealing process on the oxidized porous polycrystalline silicon layer 4, whereby the oxide film of the strong electric field drift layer 6 is formed. Since the defect density in the inside is reduced, it is possible to realize the field emission type electron source 10 having high withstand voltage and high electron emission efficiency. In addition, the field emission type electron source manufactured by the above-described manufacturing method has a small degree of vacuum dependence of the electron emission characteristics and is popped during electron emission, similarly to the conventional field emission type electron source 10 ′ shown in FIG. Electrons can be stably emitted without a phenomenon occurring. Further, in the present embodiment, the porous polycrystalline silicon layer 4 is electrochemically oxidized with an acid, so that the porous polycrystalline silicon layer 4 is annealed in an oxygen atmosphere as in the first embodiment. As a result, the process temperature is lowered, and the temperature of the hydrogen annealing treatment is lowered (for example, 300 to 10).
By setting a relatively low temperature within the range of 00 ° C.), it is possible to reduce the restrictions on the material of the conductive substrate,
Since an inexpensive glass substrate can be used, it is easy to increase the area and reduce the cost.
【００３６】（実施形態３）本実施形態の電界放射型電
子源の製造方法は実施形態１と略同じなので、実施形態
１と相違する点についてのみ説明する。(Embodiment 3) The manufacturing method of the field emission type electron source of the present embodiment is substantially the same as that of Embodiment 1, and therefore only the points different from Embodiment 1 will be described.
【００３７】実施形態１の製造方法では、ランプアニー
ル装置を用いて多孔質多結晶シリコン層４を酸化した後
に水素アニール処理を行うことにより強電界ドリフト層
６を形成しているのに対し、本実施形態では、多孔質多
結晶シリコン層４に水素アニール処理を行った後に、多
孔質多結晶シリコン層４を酸化することにより強電界ド
リフト層６を形成している点に特徴がある。なお、水素
アニール処理の条件は実施形態１と同様である。In the manufacturing method of Embodiment 1, the strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 using a lamp annealing apparatus and then performing a hydrogen annealing treatment. The embodiment is characterized in that the porous polycrystalline silicon layer 4 is subjected to a hydrogen annealing treatment, and then the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized to form the strong electric field drift layer 6. The conditions of the hydrogen annealing treatment are the same as in the first embodiment.
【００３８】しかして、上述の製造方法によれば、水素
アニール処理した多孔質多結晶シリコン層４を酸化する
ことにより強電界ドリフト層６を形成しているから、陽
極酸化処理にて形成された多孔質多結晶シリコン層４中
の欠陥を軽減することができ、多孔質多結晶シリコン層
４の酸化により形成される強電界ドリフト層６中のシリ
コン酸化膜５２，６４（図４参照）および半導体結晶た
る多結晶シリコン５１の欠陥密度が減少し、絶縁耐圧が
高く且つ電子放出効率が高い電界放射型電子源１０を実
現することができる。上述の製造方法で製造された電界
放射型電子源は、図３に示した従来の電界放射型電子源
１０’と同様に、電子放出特性の真空度依存性が小さく
且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定して電
子を放出することができる。According to the above-described manufacturing method, the strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the hydrogen-annealed porous polycrystalline silicon layer 4, so that it is formed by anodic oxidation. The defects in the porous polycrystalline silicon layer 4 can be reduced, and the silicon oxide films 52 and 64 (see FIG. 4) in the strong electric field drift layer 6 formed by oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 and the semiconductor The defect density of the polycrystalline silicon 51 as a crystal is reduced, and the field emission type electron source 10 having high withstand voltage and high electron emission efficiency can be realized. The field emission type electron source manufactured by the above-described manufacturing method has a small degree of vacuum dependence of electron emission characteristics and a popping phenomenon during electron emission similarly to the conventional field emission type electron source 10 ′ shown in FIG. Electrons can be stably emitted without generation.
【００３９】なお、本実施形態の製造方法においては、
実施形態１と同様にランプアニール装置を用いて多孔質
多結晶シリコン層４を酸化しているが、実施形態２と同
様に、多孔質多結晶シリコン層４を酸（例えば、ＨＮＯ
3、Ｈ2ＳＯ4、王水など）により電気化学的に酸化する
ようにしてもよい。In the manufacturing method of this embodiment,
Although the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized using the lamp annealing device as in the first embodiment, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized with an acid (for example, HNO) as in the second embodiment.
3 , H 2 SO 4 , aqua regia, etc.).
【００４０】（実施形態４）本実施形態の電界放射型電
子源の製造方法は実施形態１と略同じなので、実施形態
１と相違する点についてのみ説明する。(Embodiment 4) The manufacturing method of the field emission type electron source of this embodiment is substantially the same as that of Embodiment 1, and therefore only the points different from Embodiment 1 will be described.
【００４１】実施形態１の製造方法では、ランプアニー
ル装置を用いて多孔質多結晶シリコン層４を酸化した後
に水素アニール処理を行うことにより強電界ドリフト層
６を形成しているのに対し、本実施形態では、多結晶シ
リコン層３に水素アニール処理を行った後に、多結晶シ
リコン層３を陽極酸化処理を行うことにより多孔質多結
晶シリコン層４を形成し、多孔質シリコン層４を酸化す
ることにより強電界ドリフト層６を形成している点に特
徴がある。なお、水素アニール処理の条件は実施形態１
と同様である。In the manufacturing method of Embodiment 1, the strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 using a lamp annealing apparatus and then performing a hydrogen annealing treatment. In the embodiment, after the polycrystalline silicon layer 3 is subjected to hydrogen annealing, the polycrystalline silicon layer 3 is subjected to anodic oxidation to form the porous polycrystalline silicon layer 4 and oxidize the porous silicon layer 4. This is characterized in that the strong electric field drift layer 6 is formed. The conditions of the hydrogen annealing treatment are the same as those in the first embodiment.
Is the same as
【００４２】しかして、上述の製造方法によれば、導電
性基板上に形成した多結晶シリコン層３に水素アニール
処理を行っているから、多結晶シリコン層３中に存在す
る欠陥の低減を図れ、結果的に強電界ドリフト層６中の
シリコン酸化膜５２，６４（図４参照）および半導体結
晶たる多結晶シリコン５１の欠陥密度が減少し、絶縁耐
圧が高く且つ電子放出効率が高い電界放射型電子源１０
を実現することができる。上述の製造方法で製造された
電界放射型電子源は、図３に示した従来の電界放射型電
子源１０’と同様に、電子放出特性の真空度依存性が小
さく且つ電子放出時にポッピング現象が発生せず安定し
て電子を放出することができる。According to the above-described manufacturing method, since the polycrystalline silicon layer 3 formed on the conductive substrate is subjected to the hydrogen annealing, the defects existing in the polycrystalline silicon layer 3 can be reduced. As a result, the defect density of the silicon oxide films 52 and 64 (see FIG. 4) in the strong electric field drift layer 6 and the polycrystalline silicon 51 which is a semiconductor crystal is reduced, and a field emission type having a high withstand voltage and a high electron emission efficiency. Electron source 10
Can be realized. The field emission type electron source manufactured by the above-described manufacturing method has a small degree of vacuum dependence of electron emission characteristics and a popping phenomenon during electron emission similarly to the conventional field emission type electron source 10 ′ shown in FIG. Electrons can be stably emitted without generation.
【００４３】なお、本実施形態の製造方法においては、
実施形態１と同様にランプアニール装置を用いて多孔質
多結晶シリコン層４を酸化しているが、実施形態２と同
様に、多孔質多結晶シリコン層４を酸（例えば、ＨＮＯ
3、Ｈ2ＳＯ4、王水など）により電気化学的に酸化する
ようにしてもよい。In the manufacturing method of the present embodiment,
Although the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized using the lamp annealing device as in the first embodiment, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized with an acid (for example, HNO) as in the second embodiment.
3 , H 2 SO 4 , aqua regia, etc.).
【００４４】（実施例１）実施形態１にて図１を参照し
ながら説明した電界放射型電子源１０の製造方法で以下
の条件により電界放射型電子源１０を作成した。(Example 1) The field emission electron source 10 was manufactured by the method for manufacturing the field emission electron source 10 described in Embodiment 1 with reference to FIG. 1 under the following conditions.
【００４５】ｎ形シリコン基板１としては、抵抗率が
０．０１〜０．０２Ωｃｍ、厚さが５２５μｍの（１０
０）基板を用いた。多結晶シリコン層３（図１（ａ）参
照）の成膜は、ＬＰＣＶＤ法により行い、成膜条件は、
真空度を２０Ｐａ、基板温度を６４０℃、モノシランガ
スの流量を標準状態で０．６Ｌ／ｍｉｎ（６００ｓｃｃ
ｍ）とした。The n-type silicon substrate 1 has a resistivity of 0.01 to 0.02 Ωcm and a thickness of 525 μm (10
0) A substrate was used. The polycrystalline silicon layer 3 (see FIG. 1A) is formed by an LPCVD method.
The degree of vacuum was 20 Pa, the substrate temperature was 640 ° C., and the flow rate of the monosilane gas was 0.6 L / min (600 scc
m).
【００４６】陽極酸化処理では電解液として、５５ｗｔ
％のフッ化水素水溶液とエタノールとを略１：１で混合
した電解液を用いた。陽極酸化処理は、陽極酸化処理槽
を利用して多結晶シリコン層３のうち表面の直径１０ｍ
ｍの領域のみが電解液に触れるようにし、他の部分は電
解液に接触しないようにシールを行い、電解液中に白金
電極を浸し、５００Ｗのタングステンランプを用いて多
結晶シリコン層３に一定の光パワーで光照射を行いなが
ら、白金電極を負極、ｎ形シリコン基板１（オーミック
電極２）を正極として、所定の電流を流した。ここに、
電流密度を２５ｍＡ／ｃｍ2で一定、通電時間を１２秒
とした。In the anodic oxidation treatment, 55 wt.
% Of an aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol were mixed at approximately 1: 1. The anodizing treatment is performed by using an anodizing treatment tank, and the surface diameter of the polycrystalline silicon layer 3 is 10 m.
Only the area of m is in contact with the electrolytic solution, and the other part is sealed so as not to contact the electrolytic solution, a platinum electrode is immersed in the electrolytic solution, and fixed to the polycrystalline silicon layer 3 using a 500 W tungsten lamp. While irradiating light with the optical power of, a predetermined current was passed using the platinum electrode as a negative electrode and the n-type silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode. here,
The current density was constant at 25 mA / cm 2 , and the energizing time was 12 seconds.
【００４７】多孔質多結晶シリコン層４の酸化は、ラン
プアニール装置の炉内を酸素雰囲気として行い、基板温
度を９００℃、アニール時間を１時間とした。多孔質多
結晶シリコン層４を酸化した後は、上記ランプアニール
装置の炉内の酸素を排気し、該炉内に水素含有ガス（水
素を窒素により爆発限界以下の濃度まで希釈したガスで
あって水素濃度３％程度のガス）を導入して水素アニー
ル処理を行った。水素アニール処理は、基板温度を９０
０℃、アニール時間を３０分とした。次に、表面電極７
として、膜厚が１５ｎｍの金薄膜を蒸着法によって形成
した。Oxidation of the porous polycrystalline silicon layer 4 was performed in an atmosphere of oxygen in the furnace of the lamp annealing apparatus, and the substrate temperature was 900 ° C. and the annealing time was 1 hour. After the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized, oxygen in the furnace of the lamp annealing apparatus is exhausted, and a hydrogen-containing gas (a gas obtained by diluting hydrogen to a concentration below the explosion limit with nitrogen, Hydrogen annealing was performed by introducing a gas having a hydrogen concentration of about 3%. The hydrogen annealing treatment is performed by setting the substrate temperature to 90 degrees.
At 0 ° C., the annealing time was 30 minutes. Next, the surface electrode 7
A gold thin film having a thickness of 15 nm was formed by an evaporation method.
【００４８】（実施例２）本実施例では、実施形態２で
説明した製造方法で電界放射型電子源１０を作成した。
なお、本実施例では、多孔質多結晶シリコン層４の酸化
工程以外は実施例１と同じなので同じ工程については説
明を省略する。Example 2 In this example, the field emission electron source 10 was manufactured by the manufacturing method described in the second embodiment.
In the present embodiment, the steps other than the step of oxidizing the porous polycrystalline silicon layer 4 are the same as those of the first embodiment, and the description of the same steps will be omitted.
【００４９】本実施例では、多孔質多結晶シリコン層４
の酸化にあたっては、陽極酸化処理の終了後に、陽極酸
化処理槽から上記電解液を除去し、その後、該陽極酸化
処理槽に新たに濃度１Ｍの希硝酸を投入し、上記白金電
極を負極、ｎ形シリコン基板１（オーミック電極２）を
正極として、２５ｍＡ／ｃｍ2の電流を３０秒間流すこ
とによって多孔質多結晶シリコン層４を酸化した。In this embodiment, the porous polycrystalline silicon layer 4
In the oxidation of the anodizing treatment, after the anodizing treatment is completed, the electrolytic solution is removed from the anodizing treatment tank. Thereafter, a new diluted nitric acid having a concentration of 1 M is added to the anodizing treatment tank, and the platinum electrode is connected to the negative electrode, n The porous polycrystalline silicon layer 4 was oxidized by passing a current of 25 mA / cm 2 for 30 seconds using the silicon substrate 1 (ohmic electrode 2) as a positive electrode.
【００５０】多孔質多結晶シリコン層４を酸化した後
は、ランプアニール装置を用い、炉内へ水素含有ガス
（水素を窒素により爆発限界以下の濃度まで希釈したガ
スであって水素濃度３％程度のガス）を導入して水素ア
ニール処理を行った。水素アニール処理は、基板温度を
９００℃、アニール時間を３０分とした。After the porous polycrystalline silicon layer 4 has been oxidized, a hydrogen-containing gas (a gas obtained by diluting hydrogen to a concentration below the explosion limit with nitrogen and having a hydrogen concentration of about 3% Gas) was introduced to perform a hydrogen annealing treatment. The hydrogen annealing treatment was performed at a substrate temperature of 900 ° C. and an annealing time of 30 minutes.
【００５１】上記各実施例の電界放射型電子源１０それ
ぞれを真空チャンバ（図示せず）内に導入して、上述の
図２に示すように表面電極７と対向する位置にコレクタ
電極２１（放射電子収集電極）を配置し、真空チャンバ
内の真空度を５×１０-5Ｐａとして、表面電極７（正
極）とオーミック電極２（負極）との間に直流電圧Ｖps
を印加するとともに、コレクタ電極２１と表面電極７と
の間に１００Ｖの直流電圧Ｖｃを印加することによっ
て、表面電極７とオーミック電極２との間に流れるダイ
オード電流Ｉpsと、電界放射型電子源１０から表面電極
７を通して放射される電子ｅ-（なお、図２中の一点鎖
線は放射電子流を示す）によりコレクタ電極２１と表面
電極７との間に流れる放出電子電流Ｉｅとを測定した。
その結果、本実施例の電界放射型電子源１０では、従来
の電界放射型電子源１０’に比べて絶縁耐圧が高くなる
とともに電子放出効率が高くなることが確認された。Each of the field emission type electron sources 10 of the above embodiments is introduced into a vacuum chamber (not shown), and the collector electrode 21 (radiation source) is placed at a position facing the surface electrode 7 as shown in FIG. An electron collecting electrode) is arranged, the degree of vacuum in the vacuum chamber is set to 5 × 10 −5 Pa, and a DC voltage Vps is applied between the surface electrode 7 (positive electrode) and the ohmic electrode 2 (negative electrode).
Is applied, and a DC voltage Vc of 100 V is applied between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 so that the diode current Ips flowing between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 and the field emission electron source 10 The emission electron current Ie flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 was measured by electrons e − emitted from through the surface electrode 7 (the dashed line in FIG. 2 indicates the emission electron flow).
As a result, it was confirmed that the field emission electron source 10 of the present example has a higher dielectric strength and higher electron emission efficiency than the conventional field emission electron source 10 ′.
【００５２】[0052]
【発明の効果】請求項１の発明は、導電性基板と、導電
性基板の一表面側に形成された酸化した多孔質半導体層
よりなる強電界ドリフト層と、該強電界ドリフト層上に
形成された導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表面
電極を導電性基板に対して正極として電圧を印加するこ
とにより導電性基板から注入された電子が強電界ドリフ
ト層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射
型電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体層
を形成する工程と、陽極酸化処理にて前記半導体層の少
なくとも一部を多孔質化することにより多孔質半導体層
を形成する工程と、多孔質半導体層を酸化する工程と、
酸化した多孔質半導体層に水素アニール処理を行うこと
により強電界ドリフト層を形成する工程と、強電界ドリ
フト層上に導電性薄膜よりなる表面電極を形成する工程
とを有するので、酸化した多孔質半導体層に水素アニー
ル処理を行うことにより強電界ドリフト層を形成するこ
とで、強電界ドリフト層の酸化膜中の欠陥密度が減少す
るから、絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い電界放
射型電子源を実現することができるという効果がある。According to the first aspect of the present invention, a strong electric field drift layer composed of a conductive substrate, an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a strong electric field drift layer formed on the strong electric field drift layer And a surface electrode made of a conductive thin film, and electrons injected from the conductive substrate are drifted through the strong electric field drift layer and emitted through the surface electrode by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive substrate. A method for manufacturing a field emission type electron source, comprising: forming a semiconductor layer on a conductive substrate; and anodizing treatment to make at least a part of the semiconductor layer porous. Forming a, and oxidizing the porous semiconductor layer,
The method includes a step of forming a strong electric field drift layer by performing a hydrogen annealing treatment on the oxidized porous semiconductor layer, and a step of forming a surface electrode made of a conductive thin film on the strong electric field drift layer. By forming a strong electric field drift layer by performing a hydrogen annealing treatment on the semiconductor layer, the defect density in the oxide film of the strong electric field drift layer is reduced, so that the field emission type electron with high withstand voltage and high electron emission efficiency is obtained. The effect is that the source can be realized.
【００５３】請求項２の発明は、導電性基板と、導電性
基板の一表面側に形成された酸化した多孔質半導体層よ
りなる強電界ドリフト層と、該強電界ドリフト層上に形
成された導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表面電
極を導電性基板に対して正極として電圧を印加すること
により導電性基板から注入された電子が強電界ドリフト
層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型
電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体層を
形成する工程と、陽極酸化処理にて前記半導体層の少な
くとも一部を多孔質化することにより多孔質半導体層を
形成する工程と、多孔質半導体層に水素アニール処理を
行う工程と、水素アニール処理した多孔質半導体層を酸
化することにより強電界ドリフト層を形成する工程と、
強電界ドリフト層上に導電性薄膜よりなる表面電極を形
成する工程とを有するので、水素アニール処理した多孔
質半導体層を酸化することにより強電界ドリフト層を形
成しているから、陽極酸化処理にて形成された多孔質半
導体層中の欠陥を軽減することができ、当該多孔質半導
体層の酸化により形成される強電界ドリフト層中の酸化
膜および半導体結晶の欠陥密度が減少し、絶縁耐圧が高
く且つ電子放出効率が高い電界放射型電子源を実現する
ことができるという効果がある。According to a second aspect of the present invention, a strong electric field drift layer comprising a conductive substrate, an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a high electric field drift layer formed on the strong electric field drift layer A surface electrode made of a conductive thin film, and by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode to the conductive substrate, electrons injected from the conductive substrate drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. A method for manufacturing a field emission electron source, comprising: forming a semiconductor layer on a conductive substrate; and forming a porous semiconductor layer by making at least a part of the semiconductor layer porous by an anodizing treatment. Performing a hydrogen annealing process on the porous semiconductor layer, and forming a strong electric field drift layer by oxidizing the hydrogen-annealed porous semiconductor layer,
Forming a surface electrode made of a conductive thin film on the strong electric field drift layer. Since the strong electric field drift layer is formed by oxidizing the hydrogen-annealed porous semiconductor layer, the anodic oxidation treatment is performed. Defects in the formed porous semiconductor layer can be reduced, the defect density of the oxide film and the semiconductor crystal in the strong electric field drift layer formed by oxidation of the porous semiconductor layer is reduced, and the dielectric strength is reduced. There is an effect that a field emission type electron source having high electron emission efficiency can be realized.
【００５４】請求項３の発明は、導電性基板と、導電性
基板の一表面側に形成された酸化した多孔質半導体層よ
りなる強電界ドリフト層と、該強電界ドリフト層上に形
成された導電性薄膜よりなる表面電極とを備え、表面電
極を導電性基板に対して正極として電圧を印加すること
により導電性基板から注入された電子が強電界ドリフト
層をドリフトし表面電極を通して放出される電界放射型
電子源の製造方法であって、導電性基板上に半導体層を
形成する工程と、前記半導体層に水素アニール処理を行
う工程と、前記水素アニール処理後の前記半導体層の少
なくとも一部を陽極酸化処理にて多孔質化することによ
り多孔質半導体層を形成する工程と、多孔質半導体層を
酸化することにより強電界ドリフト層を形成する工程
と、強電界ドリフト層上に導電性薄膜よりなる表面電極
を形成する工程とを有するので、導電性基板上に形成し
た半導体層に水素アニール処理を行っているから、半導
体層中に存在する欠陥の低減を図れ、結果的に強電界ド
リフト層中の酸化膜および半導体結晶の欠陥密度が減少
し、絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高い電界放射型
電子源を実現することができるという効果がある。According to a third aspect of the present invention, a strong electric field drift layer comprising a conductive substrate, an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a high electric field drift layer formed on the strong electric field drift layer A surface electrode made of a conductive thin film, and by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode to the conductive substrate, electrons injected from the conductive substrate drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. A method of manufacturing a field emission electron source, comprising: forming a semiconductor layer on a conductive substrate; performing a hydrogen annealing process on the semiconductor layer; and at least a part of the semiconductor layer after the hydrogen annealing process. Forming a porous semiconductor layer by anodizing the porous semiconductor layer; forming a strong electric field drift layer by oxidizing the porous semiconductor layer; And a step of forming a surface electrode made of a conductive thin film on the semiconductor layer. Since the semiconductor layer formed on the conductive substrate is subjected to the hydrogen annealing treatment, defects existing in the semiconductor layer can be reduced. This has the effect that the defect density of the oxide film and the semiconductor crystal in the strong electric field drift layer is reduced, and a field emission type electron source having high withstand voltage and high electron emission efficiency can be realized.
【００５５】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、前記多孔質半導体層を酸化する工程
が、酸素雰囲気中でアニールする工程なので、物性的に
安定した酸化膜を形成することができるという効果があ
る。According to a fourth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the step of oxidizing the porous semiconductor layer is a step of annealing in an oxygen atmosphere. There is an effect that can be.
【００５６】請求項５の発明は、請求項１ないし請求項
３の発明において、前記多孔質半導体層を酸化する工程
が、酸により電気化学的に酸化する工程なので、前記多
孔質半導体層を酸素雰囲気中でアニールする場合に比べ
てプロセス温度が低温になって、水素アニール処理の温
度を低温化することで導電性基板の材料の制約を少なく
することが可能となり、大面積化および低コスト化が容
易になるという効果がある。According to a fifth aspect of the present invention, in the first to third aspects of the present invention, the step of oxidizing the porous semiconductor layer is a step of electrochemically oxidizing with an acid. The process temperature is lower than in the case of annealing in an atmosphere, and by lowering the temperature of the hydrogen annealing treatment, it is possible to reduce the restrictions on the material of the conductive substrate, thereby increasing the area and cost. This has the effect of making it easier.
【００５７】請求項６の発明は、請求項１ないし請求項
５のいずれかに記載の製造方法で製造されたことを特徴
とするものであり、酸化した多孔質半導体層に水素アニ
ール処理を施されていない電界放射型電子源に比べて、
絶縁耐圧が高く且つ電子放出効率が高いという効果があ
る。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the oxidized porous semiconductor layer is subjected to a hydrogen annealing treatment. Field emission electron source
There is an effect that the withstand voltage is high and the electron emission efficiency is high.
【００５８】請求項７の発明は、請求項６の発明におい
て、前記多孔質半導体層が、多孔質多結晶シリコン層よ
りなるので、強電界ドリフト層がＳｉＯ2の構造若しく
はＳｉＯ2の構造に近い緻密性の高い酸化膜を有するよ
うになるという効果がある。[0058] The invention of claim 7 is the invention of claim 6, wherein the porous semiconductor layer, which has the porous polycrystalline silicon layer, the strong electric field drift layer is close to the structure or the SiO 2 structure of SiO 2 This has the effect of having an oxide film with high density.
【図１】実施形態１の製造方法を説明するための主要工
程断面図である。FIG. 1 is a main process sectional view for describing a manufacturing method of a first embodiment.
【図２】同上により製造される電界放射型電子源の放射
電子の測定原理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a principle of measuring emitted electrons of a field emission electron source manufactured by the above.
【図３】従来の電界放射型電子源の放射電子の測定原理
の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a principle of measuring emitted electrons of a conventional field emission electron source.
【図４】同上の電界放射型電子源の電子放出機構の説明
図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of an electron emission mechanism of the field emission electron source of the above.
【符号の説明】 １ ｎ形シリコン基板 ２ オーミック電極 ３ 多結晶シリコン層 ４ 多孔質多結晶シリコン層 ６ 強電界ドリフト層 ７ 表面電極 １０ 電界放射型電子源[Description of Signs] 1 n-type silicon substrate 2 ohmic electrode 3 polycrystalline silicon layer 4 porous polycrystalline silicon layer 6 strong electric field drift layer 7 surface electrode 10 field emission electron source
フロントページの続き (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 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Continued on the front page (72) Inventor Takuya Komoda 1048 Kadoma Kadoma, Osaka Pref.Matsushita Electric Works, Ltd.
Claims (7)
形成された酸化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリ
フト層と、該強電界ドリフト層上に形成された導電性薄
膜よりなる表面電極とを備え、表面電極を導電性基板に
対して正極として電圧を印加することにより導電性基板
から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表
面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法
であって、導電性基板上に半導体層を形成する工程と、
陽極酸化処理にて前記半導体層の少なくとも一部を多孔
質化することにより多孔質半導体層を形成する工程と、
多孔質半導体層を酸化する工程と、酸化した多孔質半導
体層に水素アニール処理を行うことにより強電界ドリフ
ト層を形成する工程と、強電界ドリフト層上に導電性薄
膜よりなる表面電極を形成する工程とを有することを特
徴とする電界放射型電子源の製造方法。1. A conductive substrate, a strong electric field drift layer formed of an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer A field emission type electron source comprising: a surface electrode; and when a voltage is applied with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive substrate, electrons injected from the conductive substrate drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. A method of forming a semiconductor layer on a conductive substrate,
Forming a porous semiconductor layer by making at least a part of the semiconductor layer porous by anodizing treatment;
A step of oxidizing the porous semiconductor layer, a step of forming a strong electric field drift layer by performing hydrogen annealing on the oxidized porous semiconductor layer, and a step of forming a surface electrode made of a conductive thin film on the strong electric field drift layer And a method for manufacturing a field emission type electron source.
形成された酸化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリ
フト層と、該強電界ドリフト層上に形成された導電性薄
膜よりなる表面電極とを備え、表面電極を導電性基板に
対して正極として電圧を印加することにより導電性基板
から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表
面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法
であって、導電性基板上に半導体層を形成する工程と、
陽極酸化処理にて前記半導体層の少なくとも一部を多孔
質化することにより多孔質半導体層を形成する工程と、
多孔質半導体層に水素アニール処理を行う工程と、水素
アニール処理した多孔質半導体層を酸化することにより
強電界ドリフト層を形成する工程と、強電界ドリフト層
上に導電性薄膜よりなる表面電極を形成する工程とを有
することを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。2. A conductive substrate, a strong electric field drift layer formed of an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer A field emission type electron source comprising: a surface electrode; and when a voltage is applied with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive substrate, electrons injected from the conductive substrate drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. A method of forming a semiconductor layer on a conductive substrate,
Forming a porous semiconductor layer by making at least a part of the semiconductor layer porous by anodizing treatment;
A step of performing a hydrogen annealing treatment on the porous semiconductor layer, a step of forming a strong electric field drift layer by oxidizing the porous semiconductor layer subjected to the hydrogen annealing treatment, and a step of forming a surface electrode made of a conductive thin film on the strong electric field drift layer. Forming a field emission type electron source.
形成された酸化した多孔質半導体層よりなる強電界ドリ
フト層と、該強電界ドリフト層上に形成された導電性薄
膜よりなる表面電極とを備え、表面電極を導電性基板に
対して正極として電圧を印加することにより導電性基板
から注入された電子が強電界ドリフト層をドリフトし表
面電極を通して放出される電界放射型電子源の製造方法
であって、導電性基板上に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層に水素アニール処理を行う工程と、前記水
素アニール処理後の前記半導体層の少なくとも一部を陽
極酸化処理にて多孔質化することにより多孔質半導体層
を形成する工程と、多孔質半導体層を酸化することによ
り強電界ドリフト層を形成する工程と、強電界ドリフト
層上に導電性薄膜よりなる表面電極を形成する工程とを
有することを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。3. A strong electric field drift layer comprising an electrically conductive substrate, an oxidized porous semiconductor layer formed on one surface side of the conductive substrate, and a conductive thin film formed on the strong electric field drift layer. A field emission type electron source comprising: a surface electrode; and when a voltage is applied with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive substrate, electrons injected from the conductive substrate drift through the strong electric field drift layer and are emitted through the surface electrode. A method of forming a semiconductor layer on a conductive substrate,
Performing a hydrogen annealing process on the semiconductor layer, forming a porous semiconductor layer by making at least a portion of the semiconductor layer after the hydrogen annealing process porous by anodizing, A method for manufacturing a field emission type electron source, comprising: a step of forming a strong electric field drift layer by oxidizing a layer; and a step of forming a surface electrode made of a conductive thin film on the strong electric field drift layer.
酸素雰囲気中でアニールする工程であることを特徴とす
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
型電子源の製造方法。4. The step of oxidizing the porous semiconductor layer,
4. The method according to claim 1, wherein the annealing is performed in an oxygen atmosphere.
酸により電気化学的に酸化する工程であることを特徴と
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
射型電子源の製造方法。5. The step of oxidizing the porous semiconductor layer,
4. The method for producing a field emission type electron source according to claim 1, wherein the method is a step of electrochemically oxidizing with an acid.
載の製造方法で製造されたことを特徴とする電界放射型
電子源。6. A field emission type electron source manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
リコン層よりなることを特徴とする請求項６記載の電界
放射型電子源。7. The field emission type electron source according to claim 6, wherein said porous semiconductor layer comprises a porous polycrystalline silicon layer.
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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