JP2001210229A - Method of manufacturing electric field emission type electron source - Google Patents

Method of manufacturing electric field emission type electron source

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JP2001210229A
JP2001210229A JP2000016390A JP2000016390A JP2001210229A JP 2001210229 A JP2001210229 A JP 2001210229A JP 2000016390 A JP2000016390 A JP 2000016390A JP 2000016390 A JP2000016390 A JP 2000016390A JP 2001210229 A JP2001210229 A JP 2001210229A
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layer
semiconductor layer
resistance
electric field
substrate
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JP2000016390A
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Yoshiaki Honda
由明 本多
Koichi Aizawa
浩一 相澤
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Panasonic Electric Works Co Ltd
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Matsushita Electric Works Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an electric field emission type electron source having a high electron emission efficiency and a high thermal stability. SOLUTION: A non-doped polycrystalline silicon layer 3 is formed on a sacrifice substrate 13 and a conductive layer 8 made from tungsten is deposited on the polycrystalline silicon layer 3 for example, by sputtering method. Thereafter, the conductive layer 8 and an insulation substrate 11 are laminated together (Fig. 1 (a)). The sacrifice substrate 13 is removed and unnecessary amorphous silicon layer which is a part of the polycrystalline silicon layer 3 is removed (Fig. 1 (b)). The polycrystalline silicon layer 3 is changed to a porous structure by an anode oxidation treatment so that a porous polycrystalline silicon layer 4 is formed (Fig. 1 (c)). As is oxidized, a strong electric field drift layer 6 is formed by oxidation of the porous polycrystalline silicon layer 4 and then a surface electrode 7 is formed on the strong electric field drift layer 6 (Fig. 1 (d)).

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界放射により電
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 method of manufacturing a field emission type electron source which emits an electron beam by field emission.

【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
において電子の放射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 emission efficiency of electrons in this type of field emission type electron source (to emit many electrons), it is necessary to reduce the thickness of the insulating film and 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】また、近年では、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)が提案されている。
In recent years, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-250766
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H10-209, a porous semiconductor layer (porous silicon layer) is formed by using a single crystal semiconductor substrate such as a silicon substrate and anodizing one surface of the semiconductor substrate. A field emission electron source (semiconductor cold electron emission element) has been proposed in which a metal thin film is formed on a porous semiconductor layer, and a voltage is applied between the semiconductor substrate and the metal thin film to emit electrons. .

【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、基板が半導
体基板に限られるので、大面積化やコストダウン化が難
しいという不具合がある。また、特開平8−25076
6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 electron source described in Japanese Patent Publication No. 66, since the substrate is limited to a semiconductor substrate, there is a problem that it is difficult to increase the area and reduce the cost. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-25076
In the field emission type electron source described in Japanese Patent Application Publication No. 6 (1995) -76, a so-called popping phenomenon easily occurs during electron emission, and the amount of emitted electrons tends to be uneven. There is.

【0007】そこで、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(RT
O)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が提案されている(例えば、
特許第2966842号、特許第2987140号参
照)。この電界放射型電子源10’は、例えば、図6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。
Therefore, a porous polycrystalline semiconductor layer (for example,
Rapid thermal oxidation (RT) of the polycrystalline silicon layer
O) A field emission electron source having a strong electric field drift layer formed between a conductive substrate and a metal thin film (surface electrode) by rapid thermal oxidation to drift electrons injected from the conductive substrate. Has been proposed (for example,
See Japanese Patent No. 2968642 and Japanese Patent No. 2987140). In the field emission type electron source 10 ′, for example, as shown in FIG. 6, a strong electric field drift layer 6 made of an oxidized porous polycrystalline silicon layer is formed on the main surface side of an n-type silicon substrate 1 serving as a conductive substrate. The surface electrode 7 made of a metal thin film is formed on the strong electric field drift layer 6, and the ohmic electrode 2 is formed on the back surface of the n-type silicon substrate 1.

【0008】図6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図7に示
すように表面電極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7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.
In FIG. 7, the surface electrode 7 is disposed in a vacuum, and the collector electrode 21 is disposed opposite to the surface electrode 7 as shown in FIG. 7, and the surface electrode 7 is connected to the n-type silicon substrate 1 (the ohmic electrode 2) with the positive electrode. As a result, the electrons injected from the n-type silicon substrate 1 drifts through the strong electric field drift layer 6 to apply the DC voltage Vps to the collector electrode 21 and the surface electrode 7 as a positive electrode. The electrons are emitted through the electrode 7 (the dashed line in FIG. 7 indicates the flow of the 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, the current flowing between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is called a diode current Ips, and the collector electrode 21 and the surface electrode 7
Is called an emission electron current Ie, and the emission electron current Ie with respect to the diode current Ips is large (Ie /
The larger the value of Ips, the higher the electron emission efficiency. In this field emission type electron source 10 ′, the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the ohmic electrode 2 is 10 to 20 V
Electrons can be emitted even at a low voltage.

【0009】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8に示すように、少なくとも、柱状の多結晶
シリコン51(グレイン)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8中の矢印Aの向きへ(図
8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。なお、表面電極7の膜厚は10nmないし1
5nm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 electrons can be stably emitted with a high electron emission efficiency without generating a popping phenomenon during electron emission. Here, as shown in FIG. 8, the strong electric field drift layer 6 includes at least columnar polycrystalline silicon 51 (grain), a thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the polycrystalline silicon 51, and a polycrystalline silicon 51. A microcrystalline silicon layer 63 of nanometer order interposed between the microcrystalline silicon layers 51; and a silicon oxide film 64 formed on the surface of the microcrystalline silicon layer 63 and being an insulating film having a thickness smaller than the crystal grain size of the microcrystalline silicon layer 63. It is considered to be composed of 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, most of the electric field applied to the strong electric field drift layer 6 is applied to the silicon oxide film 64, and the injected electrons are accelerated by the strong electric field applied to the silicon oxide film 64 to move between the polycrystalline silicons 51 toward the surface. Since the electron beam drifts in the direction of arrow A in FIG. 8 (upward in FIG. 8), the electron emission efficiency can be improved. The electrons reaching 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. The thickness of the surface electrode 7 is 10 nm to 1 nm.
It is set to about 5 nm.

【0010】ところで、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。
By the way, instead of a semiconductor substrate such as the n-type silicon substrate 1 as the conductive substrate, if a substrate having a conductive layer made of, for example, an ITO film formed on an insulating substrate such as a glass substrate, is used, The area of the source can be increased and the cost can be reduced.

【0011】図9に、ガラス基板よりなる絶縁性基板1
1と該絶縁性基板11上に形成したITO膜よりなる導
電性層8とで構成した導電性基板を用いた電界放射型電
子源10”を示す。すなわち、この電界放射型電子源1
0”は、図9に示すように、絶縁性基板11上に例えば
ITO膜よりなる導電性層8が形成され、導電性層8上
に強電界ドリフト層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が形成されている。こ
こに、強電界ドリフト層6は、導電性層8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、さらに急速加熱
法によって酸化若しくは窒化することにより形成されて
いる。
FIG. 9 shows an insulating substrate 1 made of a glass substrate.
1 shows a field emission type electron source 10 ″ using a conductive substrate composed of a conductive layer 8 made of an ITO film formed on the insulating substrate 11;
In the case of 0 ″, as shown in FIG. 9, a conductive layer 8 made of, for example, an ITO film is formed on an insulating substrate 11, a strong electric field drift layer 6 is formed on the conductive layer 8, and a strong electric field drift layer 6 is formed.
A surface electrode 7 made of a metal thin film is formed thereon. Here, the strong electric field drift layer 6 is formed by depositing a non-doped polycrystalline silicon layer on the conductive layer 8, making the polycrystalline silicon layer porous by anodizing treatment, and further oxidizing or growing by a rapid heating method. It is formed by nitriding.

【0012】こ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図10に示すように表
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を導電性層8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、導電
性層8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10中
の一点鎖線は表面電極7を通して放出された電子e-
流れを示す)。ここにおいて、表面電極7と導電性層8
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と導電性層8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 this field emission type electron source 10 ", the surface electrode 7 is disposed in a vacuum and a collector electrode 21 is disposed opposite the surface electrode 7 as shown in FIG. By applying a DC voltage Vps as a positive electrode to the surface electrode 8 and applying a DC voltage Vc to the surface electrode 7 as a positive electrode, electrons injected from the conductive layer 8 can be applied to the strong electric field drift layer 6. (The dashed line in FIG. 10 indicates the flow of electrons e emitted through the surface electrode 7.) Here, the surface electrode 7 and the conductive layer 8
The current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is called an emission electron current Ie, and the emission electron current Ie with respect to the diode current Ips is large (Ie / Ips is large). ) Increases 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 conductive layer 8 is as low as about 10 to 20V.

【0013】ところで、上述の絶縁性基板11を利用し
た電界放射型電子源10”では、強電界ドリフト層6
が、導電性層8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、さらに急速加熱法によって酸化することに
より形成されており、この際の酸化温度が比較的高温
(800℃から900℃の温度範囲)なので、絶縁性基
板11として高価な石英ガラスを用いざるをえず、大面
積化および低コスト化が制限されるという不具合があっ
た。この種の不具合を解決する手段(つまり、プロセス
の低温化を図る手段)としては、多孔質化した多結晶シ
リコン層を酸化する方法として、例えば酸により酸化す
る方法や、酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス
雰囲気中で紫外線を照射して酸化する方法などが考えら
れる。このように多孔質化した多結晶シリコン層を酸に
より酸化する方法や、多孔質化した多結晶シリコン層を
酸素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で
紫外線を照射して酸化する方法を採用することにより、
絶縁性基板11として耐熱温度が石英ガラス基板に比べ
て低く価格が石英ガラス基板に比べて安価なガラス基板
(例えば、無アルカリガラス基板、低アルカリガラス基
板、ソーダライムガラス基板など)を用いることが可能
となる。
In the field emission type electron source 10 ″ using the insulating substrate 11, the strong electric field drift layer 6 is used.
Is formed by depositing a non-doped polycrystalline silicon layer on the conductive layer 8, making the polycrystalline silicon layer porous by anodizing treatment, and further oxidizing it by a rapid heating method. Since the oxidation temperature at this time is relatively high (a temperature range from 800 ° C. to 900 ° C.), expensive quartz glass must be used as the insulating substrate 11, and a problem that a large area and low cost are limited. there were. Means for solving this kind of inconvenience (that is, means for lowering the temperature of the process) include, for example, a method of oxidizing a porous polycrystalline silicon layer, a method of oxidizing with an acid, and a method of oxidizing at least oxygen and ozone. A method of oxidizing by irradiating ultraviolet rays in a gas atmosphere containing one of them is conceivable. Such a method of oxidizing the porous polycrystalline silicon layer with an acid or a method of irradiating the porous polycrystalline silicon layer with ultraviolet rays in a gas atmosphere containing at least one of oxygen and ozone is used. By adopting,
As the insulating substrate 11, a glass substrate (for example, an alkali-free glass substrate, a low-alkali glass substrate, a soda lime glass substrate, or the like) whose heat-resistant temperature is lower than that of a quartz glass substrate and whose price is lower than that of a quartz glass substrate can be used. It becomes possible.

【0014】なお、上述の各電界放射型電子源10’,
10”では、ノンドープの多結晶シリコン層の全部を多
孔質化しているが、一部を多孔質化してもよい。
The above-mentioned field emission electron sources 10 ', 10',
In 10 ", the entire non-doped polycrystalline silicon layer is made porous, but a part thereof may be made porous.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
絶縁性基板11を利用した電界放射型電子源10”で
は、製造工程においてITO膜よりなる導電性層8上に
ノンドープの多結晶シリコン層を堆積させる際に、導電
性層8との界面近傍に高抵抗のアモルファスシリコン層
が形成されてしまい、導電性層8と強電界ドリフト層6
との間若しくは強電界ドリフト層6における導電性層8
との界面近傍に高抵抗のアモルファスシリコン層が残っ
てしまう。このため、上述のダイオード電流Ipsを流す
際にアモルファスシリコン層での電圧降下が起こり強電
界ドリフト層6に印加される電圧が低下してしまうの
で、所望の放出電子電流(エミッション電流)Ieを得
るための直流電圧Vpsが高くなり、電子放出効率が低下
してしまうという不具合があった。また、アモルファス
シリコン層で電圧降下が生じることによってアモルファ
スシリコン層が発熱し熱的な安定性が損なわれてしまう
という不具合があった。さらに、導電性層8とアモルフ
ァスシリコン層との間にショットキーバリアがあるの
で、ショットキーバリアで電圧降下が生じてしまうとい
う不具合があった。
However, in the field emission type electron source 10 "utilizing the insulating substrate 11, the non-doped polycrystalline silicon layer is deposited on the conductive layer 8 made of the ITO film in the manufacturing process. At this time, a high-resistance amorphous silicon layer is formed near the interface with the conductive layer 8, and the conductive layer 8 and the strong electric field drift layer 6 are formed.
Or the conductive layer 8 in the strong electric field drift layer 6
A high-resistance amorphous silicon layer remains near the interface with. For this reason, when the above-described diode current Ips flows, a voltage drop occurs in the amorphous silicon layer and the voltage applied to the strong electric field drift layer 6 decreases, so that a desired emission electron current (emission current) Ie is obtained. The DC voltage Vps increases, and the electron emission efficiency decreases. In addition, there is a disadvantage that the voltage drop in the amorphous silicon layer generates heat in the amorphous silicon layer, thereby impairing the thermal stability. Further, since there is a Schottky barrier between the conductive layer 8 and the amorphous silicon layer, there is a problem that a voltage drop occurs in the Schottky barrier.

【0016】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、電子放出効率が高く且つ熱的な安定
性が高い電界放射型電子源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 method of manufacturing a field emission electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability.

【0017】[0017]

【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、基板と、該基板の主表面側に形
成された導電性層と、導電性層の表面側に形成された酸
化若しくは窒化した多孔質の結晶半導体層よりなる強電
界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面
電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正極として
電圧を印加することにより導電性層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、上記基板
と別の犠牲基板の一表面側に半導体層を形成する工程、
該半導体層の一表面側に上記導電性層を形成する工程
と、上記導電性層と上記基板とを貼り合わせる工程と、
上記犠牲基板と上記半導体層の一部である不要層とを除
去する工程と、上記不要層が除去された上記半導体層で
ある結晶半導体層を多孔質化することにより多孔質の結
晶半導体層を形成する工程と、該多孔質の結晶半導体層
を酸化若しくは窒化することにより上記強電界ドリフト
層を形成する工程と、上記強電界ドリフト層上に表面電
極を形成する工程とを備えることを特徴とし、上記半導
体層の一部である不要層が除去されるので、上記強電界
ドリフト層中にアモルファス半導体層が形成されなくな
り、上記導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が
形成された従来の電界放射型電子源に比べて、従来のよ
うなアモルファス半導体層での電圧降下をなくすことが
できて強電界ドリフト層に印加される電圧が高くなるか
ら、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放
射型電子源を提供することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a substrate, a conductive layer formed on a main surface side of the substrate, and a conductive layer formed on a surface side of the conductive layer. A strong electric field drift layer comprising a oxidized or nitrided porous crystalline semiconductor layer, and a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, and applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive layer. A method for manufacturing a field emission type electron source in which electrons injected from a conductive layer drifts through a strong electric field drift layer and is emitted through a surface electrode, comprising: Forming a,
Forming the conductive layer on one surface side of the semiconductor layer, and bonding the conductive layer and the substrate,
A step of removing the sacrificial substrate and an unnecessary layer that is a part of the semiconductor layer; and forming a porous crystalline semiconductor layer by making the crystalline semiconductor layer that is the semiconductor layer from which the unnecessary layer is removed porous. Forming, forming the strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous crystalline semiconductor layer, and forming a surface electrode on the strong electric field drift layer. Since an unnecessary layer which is a part of the semiconductor layer is removed, an amorphous semiconductor layer is not formed in the strong electric field drift layer, and a conventional high resistance amorphous semiconductor layer is formed on the conductive layer. Compared with the field emission type electron source, the voltage applied to the amorphous semiconductor layer can be eliminated and the voltage applied to the strong electric field drift layer becomes higher, so that the electron emission efficiency can be improved. High and it can be thermal stability to provide a high field emission electron source.

【0018】請求項2の発明は、基板と、該基板の主表
面側に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
された酸化若しくは窒化した多孔質の結晶半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正
極として電圧を印加することにより導電性層から注入さ
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、
上記基板と別の結晶基板である犠牲基板の主表面側に半
導体層を形成する工程、該半導体層の一表面側に上記導
電性層を形成する工程と、上記導電性層と上記基板とを
貼り合わせる工程と、上記犠牲基板を除去する工程と、
上記犠牲層が除去された後に上記半導体層である結晶半
導体層を多孔質化することにより多孔質の結晶半導体層
を形成する工程と、該多孔質の結晶半導体層を酸化若し
くは窒化することにより上記強電界ドリフト層を形成す
る工程と、上記強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
る工程とを備えることを特徴とし、上記強電界ドリフト
層中にアモルファス半導体層が形成されなくなり、上記
導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成され
た従来の電界放射型電子源に比べて、従来のようなアモ
ルファス半導体層での電圧降下をなくすことができて強
電界ドリフト層に印加される電圧が高くなるから、電子
放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子
源を提供することができる。
A second aspect of the present invention comprises a substrate, a conductive layer formed on the main surface side of the substrate, and an oxidized or nitrided porous crystalline semiconductor layer formed on the surface side of the conductive layer. It has a strong electric field drift layer and a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, and electrons injected from the conductive layer are applied by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive layer. A method for producing a field emission electron source wherein the layer drifts and is emitted through a surface electrode,
A step of forming a semiconductor layer on the main surface side of a sacrificial substrate that is another crystal substrate, the step of forming the conductive layer on one surface side of the semiconductor layer, and forming the conductive layer and the substrate. Bonding, and removing the sacrificial substrate,
A step of forming a porous crystalline semiconductor layer by making the crystalline semiconductor layer, which is the semiconductor layer, porous after the sacrificial layer is removed, and oxidizing or nitriding the porous crystalline semiconductor layer to form the crystalline semiconductor layer. Forming a strong electric field drift layer and a step of forming a surface electrode on the strong electric field drift layer, wherein the amorphous semiconductor layer is not formed in the strong electric field drift layer, and the conductive layer Compared to a conventional field emission type electron source having a high-resistance amorphous semiconductor layer formed on it, the voltage applied to the strong electric field drift layer can be reduced by eliminating the voltage drop in the conventional amorphous semiconductor layer. As a result, a field emission electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability can be provided.

【0019】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、上記半導体層を形成する工程と上記
導電性層を形成する工程との間に、上記半導体層の上記
一表面上に上記半導体層よりも低抵抗の低抵抗半導体層
を形成する工程を備えるので、上記導電性層と上記強電
界ドリフト層との間に低抵抗半導体層が設けられた電界
放射型電子源を提供することができ、上記導電性層に起
因したショットキーバリアを薄くすることができてトン
ネリングで電流が流れショットキーバリアでの電圧降下
が低減され、結果として電子放出効率がより高い電界放
射型電子源を提供することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the one surface of the semiconductor layer is provided between the step of forming the semiconductor layer and the step of forming the conductive layer. Forming a low-resistance semiconductor layer having a lower resistance than the semiconductor layer, so that a field-emission electron source in which a low-resistance semiconductor layer is provided between the conductive layer and the strong electric field drift layer is provided. The Schottky barrier caused by the conductive layer can be thinned, a current flows through tunneling, and a voltage drop across the Schottky barrier is reduced. As a result, field emission type electrons having higher electron emission efficiency Sources can be provided.

【0020】請求項4の発明は、請求項3の発明におい
て、上記低抵抗半導体層を形成する工程は、上記半導体
層の上記一表面側に上記半導体層から離れるほど抵抗が
小さくなる層を積層させるので、上記低抵抗半導体層は
導電性層に近づくほど抵抗が段階的に小さくなり、結果
として電子放出効率がより高い電界放射型電子源を提供
することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the step of forming the low-resistance semiconductor layer includes laminating a layer whose resistance decreases with increasing distance from the semiconductor layer on the one surface side of the semiconductor layer. Accordingly, the resistance of the low-resistance semiconductor layer gradually decreases as it approaches the conductive layer, and as a result, a field emission electron source with higher electron emission efficiency can be provided.

【0021】請求項5の発明は、請求項3の発明におい
て、上記低抵抗半導体層を形成する工程は、厚み方向に
抵抗が連続的に変化し且つ上記半導体層から離れるほど
抵抗が小さくなるように上記低抵抗半導体層を形成する
ので、上記低抵抗半導体層は導電性層に近づくほど抵抗
が連続的に小さくなり、結果として電子放出効率がより
高い電界放射型電子源を提供することができる。
According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the step of forming the low-resistance semiconductor layer is such that the resistance changes continuously in the thickness direction and decreases as the distance from the semiconductor layer increases. Since the low-resistance semiconductor layer is formed at a low resistance, the resistance of the low-resistance semiconductor layer decreases continuously as it approaches the conductive layer, and as a result, a field emission electron source with higher electron emission efficiency can be provided. .

【0022】請求項6の発明は、請求項3ないし請求項
5の発明において、上記低抵抗半導体層を形成する工程
は、不純物のドーピングによって当該低抵抗半導体層の
抵抗を調整するので、低抵抗半導体層の抵抗を適宜制御
することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the step of forming the low-resistance semiconductor layer adjusts the resistance of the low-resistance semiconductor layer by doping with an impurity. The resistance of the semiconductor layer can be appropriately controlled.

【0023】請求項7の発明は、請求項3ないし請求項
5の発明において、上記低抵抗半導体層を形成する工程
は、当該低抵抗半導体層の堆積時にドーピングガスを導
入して当該低抵抗半導体層の抵抗を調整するので、ドー
ピングガスの量を制御することで低抵抗半導体層の抵抗
を調整することができる。
According to a seventh aspect of the present invention, in the third aspect, the step of forming the low-resistance semiconductor layer comprises introducing a doping gas during the deposition of the low-resistance semiconductor layer. Since the resistance of the layer is adjusted, the resistance of the low-resistance semiconductor layer can be adjusted by controlling the amount of the doping gas.

【0024】請求項8の発明は、請求項3ないし請求項
5の発明において、上記低抵抗半導体層を形成する工程
は、イオン注入によって当該低抵抗半導体層の抵抗を調
整するので、イオン注入の条件で低抵抗半導体層の抵抗
を調整することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, in the third to fifth aspects, the step of forming the low-resistance semiconductor layer adjusts the resistance of the low-resistance semiconductor layer by ion implantation. The resistance of the low-resistance semiconductor layer can be adjusted under the conditions.

【0025】請求項9の発明は、請求項3ないし請求項
5の発明において、上記低抵抗半導体層を形成する工程
は、不純物の拡散によって当該低抵抗半導体層の抵抗を
調整するので、拡散条件で低抵抗半導体層の抵抗を調整
することができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the third aspect, the step of forming the low-resistance semiconductor layer adjusts the resistance of the low-resistance semiconductor layer by diffusion of impurities. Thus, the resistance of the low-resistance semiconductor layer can be adjusted.

【0026】請求項10の発明は、請求項1ないし請求
項9の発明において、上記半導体層の形成後あるいは上
記導電性層の形成後あるいは上記犠牲基板の除去後ある
いは上記多孔質の結晶半導体層の形成後あるいは上記強
電界ドリフト層の形成後あるいは上記表面電極の形成後
に、少なくとも1回の熱処理を行うので、導電性層と半
導体との間に発生するショットキーバリアを低減あるい
は取り除くことができ、より電子放出効率が高く熱的に
安定な電界放射型電子源を提供することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, in the first to ninth aspects of the present invention, after the formation of the semiconductor layer, after the formation of the conductive layer, after the removal of the sacrificial substrate, or the porous crystalline semiconductor layer, After the formation of the strong electric field drift layer or the formation of the surface electrode, at least one heat treatment is performed, so that the Schottky barrier generated between the conductive layer and the semiconductor can be reduced or eliminated. Thus, a field emission type electron source having higher electron emission efficiency and being thermally stable can be provided.

【0027】請求項11の発明は、請求項1ないし請求
項10の発明において、上記強電界ドリフト層を形成す
る工程は、当該強電界ドリフト層が、基板の主表面に略
直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導体結晶間
に介在するナノメータオーダの半導体微結晶と、半導体
微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の結晶粒径よ
りも小さな膜厚の絶縁膜とからなるように形成するの
で、上記強電界ドリフト層では上記導電性層から注入さ
れた電子が半導体微結晶に衝突せずに上記絶縁膜に印加
されている電界で加速されてドリフトし、上記強電界ド
リフト層で発生した熱が柱状の半導体結晶を通して放熱
されるような電界放射型電子源を提供できるから、電子
放出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出
することができる電界放射型電子源が得られる。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the first to tenth aspects, the step of forming the strong electric field drift layer is such that the strong electric field drift layer is arranged substantially perpendicular to the main surface of the substrate. A semiconductor crystal having a columnar shape, a semiconductor microcrystal of nanometer order interposed between the semiconductor crystals, and an insulating film formed on the surface of the semiconductor microcrystal and having a thickness smaller than the crystal grain size of the semiconductor microcrystal. In the strong electric field drift layer, electrons injected from the conductive layer are accelerated and drift by the electric field applied to the insulating film without colliding with the semiconductor microcrystals. Can provide a field emission type electron source in which heat generated in the step is dissipated through the columnar semiconductor crystal, so that electrons can be emitted with high efficiency without generating a popping phenomenon during electron emission. Emission electron source is obtained.

【0028】請求項12の発明は、請求項1ないし請求
項11の発明において、上記半導体は、多結晶半導体よ
りなるので、電界放射型電子源の大面積化が容易にな
る。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the first to eleventh aspects of the present invention, since the semiconductor is made of a polycrystalline semiconductor, it is easy to increase the area of the field emission electron source.

【0029】請求項13の発明は、請求項1ないし請求
項12の発明において、上記半導体は、シリコンよりな
るので、シリコンプロセスを使用できる。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the first to twelfth aspects, since the semiconductor is made of silicon, a silicon process can be used.

【0030】[0030]

【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。
(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.

【0031】本実施形態の電界放射型電子源10は、図
2に示すように、ガラス基板(例えば、無アルカリガラ
ス基板)よりなる絶縁性基板11の一表面上にタングス
テンよりなる導電性層8が形成され、該導電性層8上に
酸化した多孔質多結晶シリコン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上に表面電極7が
形成されている。なお、導電性層8と強電界ドリフト層
6との間にノンドープの多結晶シリコン層が設けられて
いてもよい。
As shown in FIG. 2, the field emission type electron source 10 of the present embodiment comprises a conductive layer 8 made of tungsten on one surface of an insulating substrate 11 made of a glass substrate (for example, an alkali-free glass substrate). Is formed, a strong electric field drift layer 6 made of oxidized porous polycrystalline silicon is formed on the conductive layer 8, and a surface electrode 7 is formed on the strong electric field drift layer 6. Note that a non-doped polycrystalline silicon layer may be provided between the conductive layer 8 and the strong electric field drift layer 6.

【0032】この電界放射型電子源10の基本動作は図
9に示した従来構成と同じであって、表面電極7を真空
中に配置するとともに図3に示すように表面電極7に対
向してコレクタ電極21を配置し、表面電極7を導電性
層8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、導電性層8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)。
ここにおいて、表面電極7と導電性層8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)ほど電子放出量が高くな
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と導電性層8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。
The basic operation of the field emission type electron source 10 is the same as that of the conventional structure shown in FIG. 9, and the surface electrode 7 is disposed in a vacuum and is opposed to the surface electrode 7 as shown in FIG. A collector electrode 21 is disposed, and a DC voltage Vps is applied with the surface electrode 7 as a positive electrode to the conductive layer 8, and a DC voltage Vc is applied with the collector electrode 21 as a positive electrode with respect to the surface electrode 7. The electrons injected from the conductive layer 8 drift in the strong electric field drift layer 6 and are emitted through the surface electrode 7 (the dashed line in FIG. 3 indicates the flow of electrons e emitted through the surface electrode 7).
Here, a current flowing between the surface electrode 7 and the conductive layer 8 is referred to as a diode current Ips, and a current flowing between the collector electrode 21 and the surface electrode 7 is referred to as an emission electron current Ie. The electron emission amount increases as the electron current Ie increases (Ie / Ips increases). In the field emission type electron source 10 according to the present embodiment, as in the above-described conventional configuration, even when the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the conductive layer 8 is set to a low voltage of about Can be released.

【0033】本実施形態の電界放射型電子源10は、後
述の製造方法を採用することにより導電性層8上にアモ
ルファスシリコン層が形成されていない(強電界ドリフ
ト層6中にアモルファスシリコン層が形成されていな
い)ので、導電性層8上に高抵抗のアモルファスシリコ
ン層が形成された従来の電界放射型電子源10”に比べ
て、従来のようなアモルファス半導体層での電圧降下を
なくすことができて強電界ドリフト層6に印加される電
圧が高くなるから、強電界ドリフト層6に流れる電流値
が大きくなり(つまり、上述のダイオード電流Ipsが大
きくなり)、電子放出効率が高くなるとともに、発熱量
が少なくなって熱的な安定性が高くなる。
In the field emission type electron source 10 of the present embodiment, an amorphous silicon layer is not formed on the conductive layer 8 by employing a manufacturing method described later (the amorphous silicon layer is formed in the strong electric field drift layer 6). Is not formed), so that a voltage drop in the conventional amorphous semiconductor layer can be eliminated as compared with the conventional field emission type electron source 10 ″ in which a high-resistance amorphous silicon layer is formed on the conductive layer 8. As a result, the voltage applied to the strong electric field drift layer 6 increases, so that the value of the current flowing through the strong electric field drift layer 6 increases (that is, the above-described diode current Ips increases), and the electron emission efficiency increases. In addition, the calorific value is reduced and the thermal stability is increased.

【0034】なお、本実施形態では、導電性層8を金属
であるタングステン(W)により構成しているが、導電
性層8の材料はタングステンに限定されるものではな
く、タングステンの代わりに、銅(Cu)、アルミニウ
ム(Al)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、
クロム(Cr)、白金(Pt)、チタン(Ti)、コバ
ルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(T
a)、ハフニウム(Hf)、パラジウム(Pd)、バナ
ジウム(V)、ニオブ(Nb)、マンガン(Mn)、鉄
(Fe)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、レ
ニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(I
r)、金(Au)、銀(Ag)、シリコン(Si)など
を用いてもよく、また、これらの材料の複数種類を選択
し積層するようにしてもよいし、これらの材料のうちの
複数種類を合金化して堆積してもよい。また、導電性層
8としては、ITO、SnO2、ZnOなどの金属酸化
物(透明電極)を用いてもよいし、上記金属酸化物に上
記W以下Siまで列記している金属材料を適宜選択し積
層化したり、上記金属酸化物に上記金属材料の合金膜を
積層するようにしてもよい。
In the present embodiment, the conductive layer 8 is made of tungsten (W) which is a metal. However, the material of the conductive layer 8 is not limited to tungsten. Copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), molybdenum (Mo),
Chromium (Cr), platinum (Pt), titanium (Ti), cobalt (Co), zirconium (Zr), tantalum (T
a), hafnium (Hf), palladium (Pd), vanadium (V), niobium (Nb), manganese (Mn), iron (Fe), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), rhenium (Re), osmium ( Os), iridium (I
r), gold (Au), silver (Ag), silicon (Si), etc., or a plurality of these materials may be selected and laminated, or any of these materials may be used. A plurality of types may be alloyed and deposited. Further, as the conductive layer 8, a metal oxide (transparent electrode) such as ITO, SnO 2 , or ZnO may be used, or a metal material listed in the above metal oxide from W to Si may be appropriately selected. Alternatively, an alloy film of the metal material may be stacked on the metal oxide.

【0035】以下、本実施形態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、この製造方法では、上記絶縁性基板11とは別にガ
ラス基板(例えば、無アルカリガラス基板)よりなる犠
牲基板13を利用する。
Hereinafter, the field emission type electron source 10 of this embodiment will be described.
Will be described with reference to FIG. In this manufacturing method, a sacrificial substrate 13 made of a glass substrate (for example, a non-alkali glass substrate) is used separately from the insulating substrate 11.

【0036】まず、犠牲基板13の一表面(図1(a)
における上面)上に所定膜厚(例えば、1.5μm)の
ノンドープの多結晶シリコン層3を例えばプラズマCV
D法によって形成し(ただし、犠牲基板13の上記一表
面上には多結晶シリコン層3の堆積初期過程においてア
モルファスシリコン層3bが形成されている)、続い
て、多結晶シリコン層3上にタングステンよりなる導電
性層8を例えばスパッタ法などによって堆積させ、その
後、導電性層8と上記絶縁性基板11とを貼り合わせる
(つまり、犠牲基板13と絶縁性基板11とを多結晶シ
リコン層3および導電性層8が介在した形で貼り合わせ
る)ことにより、図1(a)に示すような構造が得られ
る。ここにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層3
は、プラズマCVD法により堆積しているので、600
℃以下(100℃〜600℃)の低温プロセスで成膜す
ることができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層
3の形成方法は、プラズマCVD法に限らず、触媒CV
D法により形成してもよく、触媒CVD法でも600℃
以下の低温プロセスで成膜することができる。
First, one surface of the sacrificial substrate 13 (FIG. 1A)
A non-doped polycrystalline silicon layer 3 having a predetermined thickness (for example, 1.5 μm)
D method (however, an amorphous silicon layer 3b is formed on the one surface of the sacrificial substrate 13 in the initial stage of the deposition of the polycrystalline silicon layer 3), and then tungsten is formed on the polycrystalline silicon layer 3. The conductive layer 8 is deposited by, for example, a sputtering method, and then the conductive layer 8 and the insulating substrate 11 are bonded to each other (that is, the sacrificial substrate 13 and the insulating substrate 11 are By bonding together with the conductive layer 8 interposed therebetween, a structure as shown in FIG. 1A is obtained. Here, the non-doped polycrystalline silicon layer 3
Is deposited by a plasma CVD method,
The film can be formed by a low-temperature process of 100 ° C. or lower (100 ° C. to 600 ° C.). Note that the method of forming the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is not limited to the plasma CVD method, and the catalyst CV
It may be formed by the D method, or 600 ° C. by the catalytic CVD method.
The film can be formed by the following low-temperature process.

【0037】導電性層8と上記絶縁性基板11とを貼り
合わせた後、犠牲基板13を除去し、続いて、上記多結
晶シリコン層3の一部である不要層たるアモルファスシ
リコン層3bをウェットエッチングなどによって除去す
ることにより、図1(b)に示すような構造が得られ
る。なお、図1(b)と図1(a)とは上下を逆に示し
てある。
After bonding the conductive layer 8 and the insulating substrate 11, the sacrificial substrate 13 is removed, and the unnecessary amorphous silicon layer 3 b which is a part of the polycrystalline silicon layer 3 is wetted. By removing by etching or the like, a structure as shown in FIG. 1B is obtained. 1 (b) and FIG. 1 (a) are shown upside down.

【0038】不要層たるアモルファスシリコン層3bを
除去した後、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、導電性層8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い多結
晶シリコン層3を所定深さまで多孔質化することによっ
て、多孔質多結晶シリコン層4が形成され図1(c)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の一部を多孔質化
してもよい。
After removing the unnecessary amorphous silicon layer 3b, 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. Using a platinum electrode (not shown) as a negative electrode and the conductive layer 8 as a positive electrode, the polycrystalline silicon layer 3 is anodized under predetermined conditions while irradiating the polycrystalline silicon layer 3 with light to make the polycrystalline silicon layer 3 porous to a predetermined depth. By doing so, a porous polycrystalline silicon layer 4 is formed, and a structure as shown in FIG. 1C 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 this embodiment, the entire polycrystalline silicon layer 3 is made porous, but a part of the polycrystalline silicon layer 3 may be made porous.

【0039】上述の陽極酸化処理が終了した後、陽極酸
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸(例えば、略10%の希硝酸、略10%の希硫酸、
王水など)を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極(図示せず)を負極、導電
性層8を正極として、定電流を流し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が形成
され、次いで、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(d)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15nm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 above-mentioned anodizing treatment is completed, the electrolytic solution is removed from the anodizing treatment tank, and an acid (for example, about 10% diluted nitric acid, about 10% diluted sulfuric acid,
Aqua regia, etc.), and then using a anodic oxidation treatment tank containing the acid, a platinum electrode (not shown) as a negative electrode and the conductive layer 8 as a positive electrode, and a constant current is applied to make the porous polycrystal. A strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the silicon layer 4, and then 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. The field emission type electron source 10 having the structure shown in FIG. In the present embodiment, the thickness of the surface electrode 7 is set to 15 nm. However, 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. However, the method of forming the conductive thin film is not limited to vapor deposition, and for example, a sputtering method may be used.

【0040】しかして、上述の製造方法によれば、半導
体層たる多結晶シリコン層3の一部である不要層(アモ
ルファスシリコン層3b)が除去されるので、強電界ド
リフト層6中にアモルファスシリコン層が形成されなく
なり、導電性層8上に高抵抗のアモルファスシリコン層
が形成された従来の電界放射型電子源10”に比べて、
従来のようなアモルファス半導体層での電圧降下をなく
すことができて強電界ドリフト層6に印加される電圧が
高くなるから、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が
高い電界放射型電子源10を提供することができる。ま
た、多結晶シリコン層3をプラズマCVD法などの低温
プロセスで成膜し、多孔質多結晶シリコン層4の酸化を
酸により行っており、かつ、表面電極7を蒸着法、スパ
ッタ法などにより成膜しているので、600℃以下の低
温プロセスで電界放射型電子源10を製造することがで
きる。したがって、絶縁性基板11として、石英ガラス
基板に比べて安価な無アルカリガラス基板を用いること
ができて、低コスト化が図れるとともに、より一層の大
面積化を図ることができ、さらに上記多結晶シリコン層
3の形成温度によっては低アルカリガラス基板、ソーダ
ライムガラス基板などの無アルカリガラス基板に比べて
耐熱温度の低いガラス基板を用いることも可能になる。
However, according to the above-described manufacturing method, the unnecessary layer (amorphous silicon layer 3b) which is a part of the polycrystalline silicon layer 3 as the semiconductor layer is removed. Layer is not formed, compared to the conventional field emission type electron source 10 ″ in which a high resistance amorphous silicon layer is formed on the conductive layer 8.
A voltage drop applied to the strong electric field drift layer 6 can be increased by eliminating the voltage drop in the amorphous semiconductor layer as in the conventional case, so that the field emission type electron source has high electron emission efficiency and high thermal stability. 10 can be provided. In addition, the polycrystalline silicon layer 3 is formed by a low-temperature process such as a plasma CVD method, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by an acid, and the surface electrode 7 is formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like. Since the film is formed, the field emission type electron source 10 can be manufactured by a low-temperature process of 600 ° C. or lower. Therefore, a non-alkali glass substrate, which is less expensive than a quartz glass substrate, can be used as the insulating substrate 11, which can reduce the cost and can further increase the area, and can further increase the polycrystalline structure. Depending on the temperature at which the silicon layer 3 is formed, a glass substrate having a lower heat-resistant temperature than a non-alkali glass substrate such as a low alkali glass substrate or a soda lime glass substrate can be used.

【0041】また、上述の製造方法で製造された電界放
射型電子源10は、特許第2966842号、特許第2
987140号に開示された電界放射型電子源と同様
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。したがって、強電界ドリフト層6は、従
来例と同様、図8に示すように、少なくとも、柱状の多
結晶シリコン51(グレイン)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。
The field emission electron source 10 manufactured by the above-described manufacturing method is disclosed in Japanese Patent No. 2968642 and Japanese Patent No.
Similarly to the field emission type electron source disclosed in Japanese Patent No. 987140, the electron emission characteristics have a small dependence on the degree of vacuum and can stably emit electrons without generating a popping phenomenon during electron emission. Therefore, as shown in FIG. 8, the strong electric field drift layer 6 includes at least a columnar polycrystalline silicon 51 (grain) and a polycrystalline silicon 51 as shown in FIG.
A thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the substrate, a microcrystalline silicon layer 63 of nanometer order interposed between the polycrystalline silicon 51, and crystal grains of the 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 diameter. 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.

【0042】ところで、上述の製造方法では、多孔質多
結晶シリコン層4を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、100℃か
ら600℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は600℃より高温でもよいが、絶縁性基板11
として安価なガラス基板を使用するという点からは10
0℃から600℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。
In the above-described manufacturing method, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized with an acid. For example, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by irradiating ultraviolet rays in a gas atmosphere containing at least one of oxygen and ozone. It is desirable that oxidation can be performed in a temperature range of 100 ° C. to 600 ° C. This temperature may be higher than 600 ° C.
In terms of using an inexpensive glass substrate,
It is desirable that oxidation can be performed in a temperature range of 0 ° C. to 600 ° C.

【0043】また、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により構成している
が、強電界ドリフト層6を窒化した多孔質多結晶シリコ
ン、あるいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多
結晶半導体層により構成してもよい。
In this embodiment, the strong electric field drift layer 6 is made of oxidized porous polycrystalline silicon. However, the strong electric field drift layer 6 is made of nitrided porous polycrystalline silicon or other oxidized or polycrystalline silicon. It may be constituted by a nitrided porous polycrystalline semiconductor layer.

【0044】また、上述の製造方法において、半導体層
たる多結晶シリコン層3の形成後あるいは導電性層8の
形成後あるいは犠牲基板13の除去後あるいは多孔質多
結晶シリコン層4の形成後あるいは強電界ドリフト層6
の形成後あるいは表面電極7の形成後に、少なくとも1
回の熱処理(600℃以下)を行うことにより、導電性
層8と多結晶シリコン層3との間に発生するショットキ
ーバリアを低減あるいは取り除くことができ、より電子
放出効率が高く熱的に安定な電界放射型電子源10を提
供することができる。
In the above-described manufacturing method, after the formation of the polycrystalline silicon layer 3 as a semiconductor layer, after the formation of the conductive layer 8, after the removal of the sacrificial substrate 13, after the formation of the porous polycrystalline silicon layer 4, or Electric field drift layer 6
After forming the surface electrode 7 or after forming the surface electrode 7,
By performing the heat treatment twice (600 ° C. or less), the Schottky barrier generated between the conductive layer 8 and the polycrystalline silicon layer 3 can be reduced or eliminated, and the electron emission efficiency is higher and the thermal stability is higher. The field emission type electron source 10 can be provided.

【0045】(実施形態2)本実施形態では、図4
(d)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4を参照しながら説明する。
(Embodiment 2) In this embodiment, FIG.
A method of manufacturing the field emission electron source 10 having the configuration shown in FIG. 4D will be described with reference to FIG.

【0046】本実施形態の電界放射型電子源10は、図
4(d)に示すように、ガラス基板(例えば、無アルカ
リガラス基板)よりなる絶縁性基板11の一表面上にタ
ングステンよりなる導電性層8が形成され、該導電性層
8上に低抵抗半導体層たるn形多結晶シリコン層9が形
成され、n形多結晶シリコン層9上に酸化した多孔質多
結晶シリコン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上に表面電極7が形成されている。
要するに、本実施形態の電界放射型電子源10の構成は
実施形態1と略同じであって、導電性層8と強電界ドリ
フト層6との間にn形多結晶シリコン層9が設けられて
いる点が相違するだけであり、基本動作は実施形態1と
同様である。したがって、本実施形態の電界放射型電子
源10においても、表面電極7と導電性層8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。なお、低抵抗半導体
層は、n形多結晶シリコン層9に限定されるものではな
く、p形多結晶シリコン層を用いてもよい。
As shown in FIG. 4D, the field emission type electron source 10 of this embodiment has a conductive substrate made of tungsten on one surface of an insulating substrate 11 made of a glass substrate (for example, an alkali-free glass substrate). A conductive layer 8 is formed, an n-type polycrystalline silicon layer 9 as a low-resistance semiconductor layer is formed on the conductive layer 8, and a strong electric field composed of oxidized porous polycrystalline silicon is formed on the n-type polycrystalline silicon layer 9. The drift layer 6 is formed,
The surface electrode 7 is formed on the strong electric field drift layer 6.
In short, the configuration of the field emission type electron source 10 of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and the n-type polycrystalline silicon layer 9 is provided between the conductive layer 8 and the strong electric field drift layer 6. The basic operation is the same as that of the first embodiment. Therefore, also in the field emission type electron source 10 of the present embodiment, electrons can be emitted even when the DC voltage Vps applied between the surface electrode 7 and the conductive layer 8 is as low as about 10 to 20 V. The low-resistance semiconductor layer is not limited to the n-type polycrystalline silicon layer 9, but may be a p-type polycrystalline silicon layer.

【0047】本実施形態の電界放射型電子源10は、後
述の製造方法を採用することにより導電性層8上にアモ
ルファスシリコン層が形成されていない(強電界ドリフ
ト層6中にアモルファスシリコン層が形成されていな
い)ので、導電性層8上に高抵抗のアモルファスシリコ
ン層が形成された従来の電界放射型電子源10”に比べ
て、強電界ドリフト層6に流れる電流値が大きくなり
(つまり、上述のダイオード電流Ipsが大きくなり)、
電子放出効率が高くなるとともに、発熱量が少なくなっ
て熱的な安定性が高くなる。また、導電性層8と強電界
ドリフト層6との間にn形多結晶シリコン層9が設けら
れているので、実施形態1よりも電子放出効率を高める
ことできる。なお、導電性層8の材料として実施形態1
で列記した材料を使用することができることは勿論であ
る。また、n形多結晶シリコン層9をそれぞれ抵抗(不
純物濃度)の異なる層が厚み方向に積層された多層構造
として導電性層8に近い層ほど抵抗が小さくなるように
構成してもよいし、n形多結晶シリコン層9を厚み方向
に抵抗(不純物濃度)が連続的に変化し導電性層8に近
づくほど抵抗が小さくなるような層としてもよい。
In the field emission type electron source 10 of this embodiment, an amorphous silicon layer is not formed on the conductive layer 8 by adopting a manufacturing method described later (the amorphous silicon layer is formed in the strong electric field drift layer 6). Therefore, the value of the current flowing through the strong electric field drift layer 6 is larger than that of the conventional field emission type electron source 10 ″ in which a high-resistance amorphous silicon layer is formed on the conductive layer 8 (that is, not formed). , The above-described diode current Ips increases),
As the electron emission efficiency increases, the calorific value decreases and the thermal stability increases. Further, since the n-type polycrystalline silicon layer 9 is provided between the conductive layer 8 and the strong electric field drift layer 6, the electron emission efficiency can be higher than in the first embodiment. The material of the conductive layer 8 according to the first embodiment
It goes without saying that the materials listed in the above can be used. Further, the n-type polycrystalline silicon layer 9 may be configured as a multilayer structure in which layers having different resistances (impurity concentrations) are stacked in the thickness direction, so that a layer closer to the conductive layer 8 has a lower resistance. The n-type polycrystalline silicon layer 9 may be a layer in which the resistance (impurity concentration) continuously changes in the thickness direction, and the resistance decreases as approaching the conductive layer 8.

【0048】以下、本実施形態の電界放射型電子源10
の製造方法について図4を参照しながら説明する。な
お、この製造方法では、上記絶縁性基板11とは別にガ
ラス基板(例えば、無アルカリガラス基板)よりなる犠
牲基板13を利用する。
Hereinafter, the field emission type electron source 10 of this embodiment will be described.
Will be described with reference to FIG. In this manufacturing method, a sacrificial substrate 13 made of a glass substrate (for example, a non-alkali glass substrate) is used separately from the insulating substrate 11.

【0049】まず、犠牲基板13の一表面(図4(a)
における上面)上に所定膜厚(例えば、1.5μm)の
ノンドープの多結晶シリコン層3を例えばプラズマCV
D法によって形成し(ただし、犠牲基板13の上記一表
面上には多結晶シリコン層3の堆積初期過程においてア
モルファスシリコン層3bが形成されている)、続い
て、多結晶シリコン層3上にn形多結晶シリコン層9を
プラズマCVD法などによって形成し、タングステンよ
りなる導電性層8を例えばスパッタ法などによって堆積
させ、その後、導電性層8と上記絶縁性基板11とを貼
り合わせる(つまり、犠牲基板13と絶縁性基板11と
を多結晶シリコン層3およびn形多結晶シリコン層9お
よび導電性層8が介在した形で貼り合わせる)ことによ
り、図4(a)に示すような構造が得られる。ここにお
いて、ノンドープの多結晶シリコン層3およびn形多結
晶シリコン層9は、プラズマCVD法により堆積してい
るので、600℃以下(100℃〜600℃)の低温プ
ロセスで成膜することができ、また、n形多結晶シリコ
ン層9は、堆積時にドーピングガスの量を制御すること
で抵抗を調整することができる。なお、ノンドープの多
結晶シリコン層3の形成方法は、プラズマCVD法に限
らず、触媒CVD法により形成してもよく、触媒CVD
法でも600℃以下の低温プロセスで成膜することがで
きる。また、n形多結晶シリコン層9は、上記多結晶シ
リコン層3を上記所定膜厚よりも厚く堆積させ、当該多
結晶シリコン層3へ不純物をイオン注入することにより
当該多結晶シリコン層3の表面側に形成してもよく、こ
の場合にはイオン注入の条件でn形多結晶シリコン層9
の抵抗を調整することができ、また、上記多結晶シリコ
ン層3を上記所定膜厚よりも厚く堆積させ、当該多結晶
シリコン層3へ不純物を拡散させることによりn形多結
晶シリコン層9を形成してもよく、この場合には拡散条
件でn形多結晶シリコン層9の抵抗を調整することがで
きる。また、n形多結晶シリコン層9として、半導体層
たる多結晶シリコン層3の一表面側に多結晶シリコン層
3から離れるほど抵抗が小さくなる層を積層させれば、
n形多結晶シリコン層9は導電性層8に近づくほど抵抗
が段階的に小さくなる。また、n形多結晶シリコン層9
として、厚み方向に抵抗が連続的に変化し且つ多結晶シ
リコン層3から離れるほど抵抗が小さくなるように形成
すれば、n形多結晶シリコン層9は導電性層8に近づく
ほど抵抗が連続的に小さくなる。
First, one surface of the sacrificial substrate 13 (FIG. 4A)
A non-doped polycrystalline silicon layer 3 having a predetermined thickness (for example, 1.5 μm)
D method (however, an amorphous silicon layer 3b is formed on the one surface of the sacrificial substrate 13 in the initial stage of the deposition of the polycrystalline silicon layer 3), and then n is formed on the polycrystalline silicon layer 3. A polycrystalline silicon layer 9 is formed by a plasma CVD method or the like, a conductive layer 8 made of tungsten is deposited by, for example, a sputtering method, and then the conductive layer 8 and the insulating substrate 11 are bonded to each other (that is, By bonding the sacrificial substrate 13 and the insulating substrate 11 together with the polycrystalline silicon layer 3, the n-type polycrystalline silicon layer 9 and the conductive layer 8 interposed therebetween, a structure as shown in FIG. can get. Here, since the non-doped polycrystalline silicon layer 3 and the n-type polycrystalline silicon layer 9 are deposited by the plasma CVD method, they can be formed by a low-temperature process of 600 ° C. or less (100 ° C. to 600 ° C.). The resistance of the n-type polycrystalline silicon layer 9 can be adjusted by controlling the amount of doping gas during deposition. The method of forming the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is not limited to the plasma CVD method, but may be a catalytic CVD method.
The film can also be formed by a low-temperature process of 600 ° C. or less by the method. The n-type polycrystalline silicon layer 9 is formed by depositing the polycrystalline silicon layer 3 thicker than the predetermined film thickness and ion-implanting impurities into the polycrystalline silicon layer 3 to form a surface of the polycrystalline silicon layer 3. In this case, the n-type polycrystalline silicon layer 9 may be formed under ion implantation conditions.
In addition, the n-type polycrystalline silicon layer 9 is formed by depositing the polycrystalline silicon layer 3 thicker than the predetermined film thickness and diffusing impurities into the polycrystalline silicon layer 3. In this case, the resistance of n-type polycrystalline silicon layer 9 can be adjusted under diffusion conditions. If an n-type polycrystalline silicon layer 9 is laminated on one surface side of the polycrystalline silicon layer 3 serving as a semiconductor layer, the resistance becomes smaller as the distance from the polycrystalline silicon layer 3 increases.
The resistance of the n-type polycrystalline silicon layer 9 gradually decreases as it approaches the conductive layer 8. The n-type polycrystalline silicon layer 9
If the resistance changes continuously in the thickness direction and the resistance decreases as the distance from the polycrystalline silicon layer 3 increases, the resistance of the n-type polycrystalline silicon layer 9 increases as the resistance approaches the conductive layer 8. Become smaller.

【0050】導電性層8と上記絶縁性基板11とを貼り
合わせた後、犠牲基板13を除去し、続いて、上記多結
晶シリコン層3の一部である不要層たるアモルファスシ
リコン層3bをウェットエッチングなどによって除去す
ることにより、図4(b)に示すような構造が得られ
る。なお、図4(b)と図4(a)とは上下を逆に示し
てある。
After bonding the conductive layer 8 and the insulating substrate 11, the sacrificial substrate 13 is removed, and then the amorphous silicon layer 3 b, which is an unnecessary layer that is a part of the polycrystalline silicon layer 3, is wetted. By removing by etching or the like, a structure as shown in FIG. 4B is obtained. 4 (b) and FIG. 4 (a) are shown upside down.

【0051】不要層たるアモルファスシリコン層3bを
除去した後、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、導電性層8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い多結
晶シリコン層3を所定深さまで多孔質化することによっ
て、多孔質多結晶シリコン層4が形成され図4(c)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の一部を多孔質化
してもよい。
After removing the unnecessary amorphous silicon layer 3b, 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. Using a platinum electrode (not shown) as a negative electrode and the conductive layer 8 as a positive electrode, the polycrystalline silicon layer 3 is anodized under predetermined conditions while irradiating the polycrystalline silicon layer 3 with light to make the polycrystalline silicon layer 3 porous to a predetermined depth. As a result, a porous polycrystalline silicon layer 4 is formed, and a structure as shown in FIG. 4C 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 this embodiment, the entire polycrystalline silicon layer 3 is made porous, but a part of the polycrystalline silicon layer 3 may be made porous.

【0052】上述の陽極酸化処理が終了した後、陽極酸
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸(例えば、略10%の希硝酸、略10%の希硫酸、
王水など)を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極(図示せず)を負極、導電
性層8を正極として、定電流を流し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が形成
され、次いで、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4(d)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15nm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 above-described anodizing treatment is completed, the electrolytic solution is removed from the anodizing treatment tank, and an acid (for example, about 10% diluted nitric acid, about 10% diluted sulfuric acid,
Aqua regia, etc.), and then using a anodic oxidation treatment tank containing the acid, a platinum electrode (not shown) as a negative electrode and the conductive layer 8 as a positive electrode, and a constant current is applied to make the porous polycrystal. A strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the silicon layer 4, and then 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. The field emission type electron source 10 having the structure shown in FIG. In the present embodiment, the thickness of the surface electrode 7 is set to 15 nm. However, 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. However, the method of forming the conductive thin film is not limited to vapor deposition, and for example, a sputtering method may be used.

【0053】しかして、上述の製造方法によれば、半導
体層たる多結晶シリコン層3の一部である不要層(アモ
ルファスシリコン層3b)が除去されるので、強電界ド
リフト層6中にアモルファスシリコン層が形成されなく
なり、導電性層8上に高抵抗のアモルファスシリコン層
が形成された従来の電界放射型電子源10”に比べて、
アモルファスシリコン層での電圧降下がなく、さらに導
電性層8に起因したショットキーバリアを薄くすること
ができてトンネリングで電流が流れショットキーバリア
での電圧降下が低減されるから、電子放出効率が高く且
つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源10を提供する
ことができる。また、多結晶シリコン層3およびn形多
結晶シリコン層9をプラズマCVD法などの低温プロセ
スで成膜し、多孔質多結晶シリコン層4の酸化を酸によ
り行っており、かつ、表面電極7を蒸着法、スパッタ法
などにより成膜しているので、600℃以下の低温プロ
セスで電界放射型電子源10を製造することができる。
したがって、絶縁性基板11として、石英ガラス基板に
比べて安価な無アルカリガラス基板を用いることができ
て、低コスト化が図れるとともに、より一層の大面積化
を図ることができ、さらに上記多結晶シリコン層3およ
びn形多結晶シリコン層9の形成温度によっては低アル
カリガラス基板、ソーダライムガラス基板などの無アル
カリガラス基板に比べて耐熱温度の低いガラス基板を用
いることも可能になる。
However, according to the above-described manufacturing method, the unnecessary layer (amorphous silicon layer 3b) which is a part of the polycrystalline silicon layer 3 as the semiconductor layer is removed. Layer is not formed, compared to the conventional field emission type electron source 10 ″ in which a high resistance amorphous silicon layer is formed on the conductive layer 8.
Since there is no voltage drop in the amorphous silicon layer and the Schottky barrier caused by the conductive layer 8 can be made thinner, current flows by tunneling and the voltage drop in the Schottky barrier is reduced, so that the electron emission efficiency is reduced. The field emission electron source 10 having high thermal stability and high thermal stability can be provided. In addition, the polycrystalline silicon layer 3 and the n-type polycrystalline silicon layer 9 are formed by a low-temperature process such as a plasma CVD method, and the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized with an acid. Since the film is formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like, the field emission electron source 10 can be manufactured by a low-temperature process of 600 ° C. or less.
Therefore, a non-alkali glass substrate, which is less expensive than a quartz glass substrate, can be used as the insulating substrate 11, which can reduce the cost and can further increase the area, and can further increase the polycrystalline structure. Depending on the temperature at which the silicon layer 3 and the n-type polycrystalline silicon layer 9 are formed, a glass substrate having a lower heat-resistant temperature than a non-alkali glass substrate such as a low alkali glass substrate or a soda lime glass substrate can be used.

【0054】また、上述の製造方法で製造された電界放
射型電子源10は、特許第2966842号、特許第2
987140号に開示された電界放射型電子源と同様
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。したがって、強電界ドリフト層6は、従
来例と同様、図8に示すように、少なくとも、柱状の多
結晶シリコン51(グレイン)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。
The field emission type electron source 10 manufactured by the above-described manufacturing method is disclosed in Japanese Patent No. 2966842 and Japanese Patent No.
Similarly to the field emission type electron source disclosed in Japanese Patent No. 987140, the electron emission characteristics have a small dependence on the degree of vacuum and can stably emit electrons without generating a popping phenomenon during electron emission. Therefore, as shown in FIG. 8, the strong electric field drift layer 6 includes at least a columnar polycrystalline silicon 51 (grain) and a polycrystalline silicon 51 as shown in FIG.
A thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the substrate, a microcrystalline silicon layer 63 of nanometer order interposed between the polycrystalline silicon 51, and crystal grains of the 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 diameter. 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.

【0055】ところで、上述の製造方法では、多孔質多
結晶シリコン層4を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、100℃か
ら600℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は600℃より高温でもよいが、絶縁性基板11
として安価なガラス基板を使用するという点からは10
0℃から600℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。
In the above-described manufacturing method, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized with an acid. For example, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by irradiating ultraviolet rays in a gas atmosphere containing at least one of oxygen and ozone. It is desirable that oxidation can be performed in a temperature range of 100 ° C. to 600 ° C. This temperature may be higher than 600 ° C.
In terms of using an inexpensive glass substrate,
It is desirable that oxidation can be performed in a temperature range of 0 ° C. to 600 ° C.

【0056】また、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により構成している
が、強電界ドリフト層6を窒化した多孔質多結晶シリコ
ン、あるいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多
結晶半導体層により構成してもよい。
In the present embodiment, the strong electric field drift layer 6 is made of oxidized porous polycrystalline silicon. However, the strong electric field drift layer 6 is made of nitrided porous polycrystalline silicon, or other oxidized or polycrystalline silicon. It may be constituted by a nitrided porous polycrystalline semiconductor layer.

【0057】また、上述の製造方法において、n形多結
晶シリコン層9の形成後あるいは導電性層8の形成後あ
るいは犠牲基板13の除去後あるいは多孔質多結晶シリ
コン層4の形成後あるいは強電界ドリフト層6の形成後
あるいは表面電極7の形成後に、少なくとも1回の熱処
理(600℃以下)を行うことにより、導電性層8とn
形多結晶シリコン層9との間に発生するショットキーバ
リアを低減あるいは取り除くことができ、より電子放出
効率が高く熱的に安定な電界放射型電子源10を提供す
ることができる。
In the above-described manufacturing method, after the formation of the n-type polycrystalline silicon layer 9 or the formation of the conductive layer 8, the removal of the sacrificial substrate 13, the formation of the porous polycrystalline silicon layer 4, or After the formation of the drift layer 6 or the formation of the surface electrode 7, at least one heat treatment (600 ° C. or less) is performed so that the conductive layer 8 and n
It is possible to reduce or eliminate the Schottky barrier generated between the gate electrode and the polycrystalline silicon layer 9, thereby providing the field emission electron source 10 having higher electron emission efficiency and being thermally stable.

【0058】(実施形態3)本実施形態では、図5
(d)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5を参照しながら説明する。ただし、電界放射
型電子源10の構成は実施形態1で説明した図2と同じ
なので、実施形態1と共通の構成要素に同一の符号を付
して説明を省略する。なお、本実施形態の製造方法で
は、上記絶縁性基板11とは別に結晶基板たる単結晶の
シリコン基板よりなる犠牲基板13を利用する。
(Embodiment 3) In this embodiment, FIG.
A method of manufacturing the field emission electron source 10 having the configuration shown in FIG. 5D will be described with reference to FIG. However, since the configuration of the field emission electron source 10 is the same as that of FIG. 2 described in the first embodiment, the same reference numerals are given to the same components as in the first embodiment, and the description will be omitted. In the manufacturing method of the present embodiment, a sacrificial substrate 13 made of a single-crystal silicon substrate, which is a crystal substrate, is used separately from the insulating substrate 11.

【0059】まず、犠牲基板13の表側の表面(以下、
主表面と称す)上に所定膜厚(例えば、1.5μm)の
ノンドープの多結晶シリコン層3を例えばプラズマCV
D法によって形成し(本実施形態では、犠牲基板13と
してシリコン基板を用い当該シリコン基板の主表面上に
多結晶シリコン層3を堆積させているので、多結晶シリ
コン層3の堆積初期過程においてアモルファスシリコン
層が形成されるのを防ぐことができる)、続いて、多結
晶シリコン層3上にタングステンよりなる導電性層8を
例えばスパッタ法などによって堆積させ、その後、導電
性層8と上記絶縁性基板11とを貼り合わせる(つま
り、犠牲基板13と絶縁性基板11とを多結晶シリコン
層3および導電性層8が介在した形で貼り合わせる)こ
とにより、図5(a)に示すような構造が得られる。こ
こにおいて、ノンドープの多結晶シリコン層3は、プラ
ズマCVD法により堆積しているので、600℃以下
(100℃〜600℃)の低温プロセスで成膜すること
ができる。なお、ノンドープの多結晶シリコン層3の形
成方法は、プラズマCVD法に限らず、触媒CVD法に
より形成してもよく、触媒CVD法でも600℃以下の
低温プロセスで成膜することができる。
First, the front surface of the sacrificial substrate 13 (hereinafter referred to as the
A non-doped polycrystalline silicon layer 3 having a predetermined thickness (for example, 1.5 μm) is formed on a plasma CV
(In the present embodiment, a silicon substrate is used as the sacrificial substrate 13 and the polycrystalline silicon layer 3 is deposited on the main surface of the silicon substrate. Then, a conductive layer 8 made of tungsten is deposited on the polycrystalline silicon layer 3 by, for example, a sputtering method, and then the conductive layer 8 and the insulating layer are formed. By bonding the substrate 11 (that is, bonding the sacrificial substrate 13 and the insulating substrate 11 with the polycrystalline silicon layer 3 and the conductive layer 8 interposed), a structure as shown in FIG. Is obtained. Here, since the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is deposited by a plasma CVD method, it can be formed by a low-temperature process at 600 ° C. or lower (100 ° C. to 600 ° C.). The method of forming the non-doped polycrystalline silicon layer 3 is not limited to the plasma CVD method, but may be a catalytic CVD method. The catalytic CVD method can be used to form a film at a low temperature of 600 ° C. or lower.

【0060】導電性層8と上記絶縁性基板11とを貼り
合わせた後、犠牲基板13を除去することにより、図5
(b)に示すような構造が得られる。なお、図5(b)
と図5(a)とは上下を逆に示してある。
After the conductive layer 8 and the insulating substrate 11 are bonded together, the sacrificial substrate 13 is removed, whereby the structure shown in FIG.
The structure as shown in (b) is obtained. In addition, FIG.
And FIG. 5A are shown upside down.

【0061】犠牲基板13を除去した後、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、導電性層8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い多結晶シリコン層3を所定深
さまで多孔質化することによって、多孔質多結晶シリコ
ン層4が形成され図5(c)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の一部を多孔質化してもよい。
After removing the sacrificial substrate 13, a platinum electrode (see FIG. 1) was used by using an anodizing tank containing an electrolytic solution consisting of a mixture of a 55 wt% aqueous solution of hydrogen fluoride and ethanol in a ratio of about 1: 1. (Not shown) as a negative electrode and the conductive layer 8 as a positive electrode, the polycrystalline silicon layer 3 is anodized under predetermined conditions while irradiating the polycrystalline silicon layer 3 with light to make the polycrystalline silicon layer 3 porous to a predetermined depth. The porous polycrystalline silicon layer 4 is formed to obtain a structure as shown in FIG. 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 this embodiment, the entire polycrystalline silicon layer 3 is made porous, but a part of the polycrystalline silicon layer 3 may be made porous.

【0062】上述の陽極酸化処理が終了した後、陽極酸
化処理槽から電解液を除去し、該陽極酸化処理槽に新た
に酸(例えば、略10%の希硝酸、略10%の希硫酸、
王水など)を投入し、その後、この酸の入った陽極酸化
処理槽を利用して、白金電極(図示せず)を負極、導電
性層8を正極として、定電流を流し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が形成
され、次いで、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5(d)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15nm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 above-described anodizing treatment is completed, the electrolytic solution is removed from the anodizing treatment tank, and an acid (for example, about 10% diluted nitric acid, about 10% diluted sulfuric acid,
Aqua regia, etc.), and then using a anodic oxidation treatment tank containing the acid, a platinum electrode (not shown) as a negative electrode and the conductive layer 8 as a positive electrode, and a constant current is applied to make the porous polycrystal. A strong electric field drift layer 6 is formed by oxidizing the silicon layer 4, and then 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. The field emission type electron source 10 having the structure shown in FIG. In the present embodiment, the thickness of the surface electrode 7 is set to 15 nm. However, 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. However, the method of forming the conductive thin film is not limited to vapor deposition, and for example, a sputtering method may be used.

【0063】しかして、上述の製造方法によれば、強電
界ドリフト層6中にアモルファスシリコン層が形成され
なくなり、導電性層8上に高抵抗のアモルファスシリコ
ン層が形成された従来の電界放射型電子源10”に比べ
て、電子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放
射型電子源10を提供することができる。また、多結晶
シリコン層3をプラズマCVD法などの低温プロセスで
成膜し、多孔質多結晶シリコン層4の酸化を酸により行
っており、かつ、表面電極7を蒸着法、スパッタ法など
により成膜しているので、600℃以下の低温プロセス
で電界放射型電子源10を製造することができる。した
がって、絶縁性基板11として、石英ガラス基板に比べ
て安価な無アルカリガラス基板を用いることができて、
低コスト化が図れるとともに、より一層の大面積化を図
ることができ、さらに上記多結晶シリコン層3の形成温
度によっては低アルカリガラス基板、ソーダライムガラ
ス基板などの無アルカリガラス基板に比べて耐熱温度の
低いガラス基板を用いることも可能になる。
However, according to the above-described manufacturing method, the conventional field emission type in which the amorphous silicon layer is no longer formed in the strong electric field drift layer 6 and the high resistance amorphous silicon layer is formed on the conductive layer 8 The field emission type electron source 10 having a higher electron emission efficiency and a higher thermal stability than the electron source 10 ″ can be provided. Further, the polycrystalline silicon layer 3 can be formed by a low temperature process such as a plasma CVD method. Since the film is formed and the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized with an acid and the surface electrode 7 is formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or the like, the field emission type is formed by a low-temperature process of 600 ° C. or less. It is possible to manufacture the electron source 10. Therefore, an inexpensive alkali-free glass substrate can be used as the insulating substrate 11 as compared with a quartz glass substrate.
The cost can be reduced and the area can be further increased. Further, depending on the temperature at which the polycrystalline silicon layer 3 is formed, the heat resistance is higher than that of a non-alkali glass substrate such as a low alkali glass substrate or a soda lime glass substrate. It is also possible to use a glass substrate having a low temperature.

【0064】また、上述の製造方法で製造された電界放
射型電子源10は、特許第2966842号、特許第2
987140号に開示された電界放射型電子源と同様
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。したがって、強電界ドリフト層6は、従
来例と同様、図8に示すように、少なくとも、柱状の多
結晶シリコン51(グレイン)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。
The field emission type electron source 10 manufactured by the above-described manufacturing method is disclosed in Japanese Patent No. 2966842 and Japanese Patent No.
Similarly to the field emission type electron source disclosed in Japanese Patent No. 987140, the electron emission characteristics have a small dependence on the degree of vacuum and can stably emit electrons without generating a popping phenomenon during electron emission. Therefore, as shown in FIG. 8, the strong electric field drift layer 6 includes at least a columnar polycrystalline silicon 51 (grain) and a polycrystalline silicon 51 as shown in FIG.
A thin silicon oxide film 52 formed on the surface of the substrate, a microcrystalline silicon layer 63 of nanometer order interposed between the polycrystalline silicon 51, and crystal grains of the 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 diameter. 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.

【0065】ところで、上述の製造方法では、多孔質多
結晶シリコン層4を酸により酸化しているが、例えば酸
素とオゾンとの少なくとも一方を含むガス雰囲気中で紫
外線を照射して酸化するようにしてもよく、100℃か
ら600℃の温度範囲で酸化できることが望ましい。こ
の温度は600℃より高温でもよいが、絶縁性基板11
として安価なガラス基板を使用するという点からは10
0℃から600℃の温度範囲で酸化できることが望まし
い。
In the above-described manufacturing method, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by an acid. For example, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by irradiating ultraviolet rays in a gas atmosphere containing at least one of oxygen and ozone. It is desirable that oxidation can be performed in a temperature range of 100 ° C. to 600 ° C. This temperature may be higher than 600 ° C.
In terms of using an inexpensive glass substrate,
It is desirable that oxidation can be performed in a temperature range of 0 ° C. to 600 ° C.

【0066】また、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により構成している
が、強電界ドリフト層6を窒化した多孔質多結晶シリコ
ン、あるいは、その他の酸化若しくは窒化した多孔質多
結晶半導体層により構成してもよい。
In this embodiment, the strong electric field drift layer 6 is made of oxidized porous polycrystalline silicon. However, the strong electric field drift layer 6 is made of porous polycrystalline silicon, or other oxidized or polycrystalline silicon. It may be constituted by a nitrided porous polycrystalline semiconductor layer.

【0067】また、上述の製造方法において、半導体層
たる多結晶シリコン層3の形成後あるいは導電性層8の
形成後あるいは犠牲基板13の除去後あるいは多孔質多
結晶シリコン層4の形成後あるいは強電界ドリフト層6
の形成後あるいは表面電極7の形成後に、少なくとも1
回の熱処理(600℃以下)を行うことにより、導電性
層8と多結晶シリコン層3との間に発生するショットキ
ーバリアを低減あるいは取り除くことができ、より電子
放出効率が高く熱的に安定な電界放射型電子源10を提
供することができる。
In the above-mentioned manufacturing method, after the formation of the polycrystalline silicon layer 3 as a semiconductor layer, after the formation of the conductive layer 8, after the removal of the sacrificial substrate 13, after the formation of the porous polycrystalline silicon layer 4, or Electric field drift layer 6
After forming the surface electrode 7 or after forming the surface electrode 7,
By performing the heat treatment twice (600 ° C. or less), the Schottky barrier generated between the conductive layer 8 and the polycrystalline silicon layer 3 can be reduced or eliminated, and the electron emission efficiency is higher and the thermal stability is higher. The field emission type electron source 10 can be provided.

【0068】さらに、実施形態2と同様にして、導電性
層8と強電界ドリフト層6との間にn形多結晶シリコン
層9(あるいはp形多結晶シリコン層)を設けるように
してもよい。
Further, similarly to the second embodiment, an n-type polysilicon layer 9 (or a p-type polysilicon layer) may be provided between the conductive layer 8 and the strong electric field drift layer 6. .

【0069】ところで、上記各実施形態では、基板たる
絶縁性基板11としてガラス基板を用いているが、絶縁
性基板11はガラス基板に限定されるものではなく、例
えば、シリコン基板上に絶縁膜(SiOX、AlOXなど
の酸化膜や、SiNX、BN、AlNXなどの窒化膜)を
形成した基板や、金属性基板上に絶縁膜(酸化膜や窒化
膜など)を形成した基板を用いてもよい。また、基板と
してシリコン基板や石英ガラス基板などの耐熱性の高い
ものを利用する場合には、多孔質多結晶シリコン層4を
急速加熱法(例えば、RTO法)によって酸化させるこ
とにより強電界ドリフト層6を形成するようにしてもよ
い。
In each of the above embodiments, a glass substrate is used as the insulating substrate 11, which is a substrate. However, the insulating substrate 11 is not limited to a glass substrate. Use a substrate on which an oxide film such as SiO x or AlO x or a nitride film such as SiN x , BN or AlN x is formed, or a substrate on which an insulating film (such as an oxide film or a nitride film) is formed on a metallic substrate. You may. When a substrate having a high heat resistance such as a silicon substrate or a quartz glass substrate is used as the substrate, the porous polycrystalline silicon layer 4 is oxidized by a rapid heating method (for example, an RTO method) to thereby form a strong electric field drift layer. 6 may be formed.

【0070】[0070]

【発明の効果】請求項1の発明は、基板と、該基板の主
表面側に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形
成された酸化若しくは窒化した多孔質の結晶半導体層よ
りなる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成
された表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して
正極として電圧を印加することにより導電性層から注入
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、上記基板と別の犠牲基板の一表面側に半導体層を形
成する工程、該半導体層の一表面側に上記導電性層を形
成する工程と、上記導電性層と上記基板とを貼り合わせ
る工程と、上記犠牲基板と上記半導体層の一部である不
要層とを除去する工程と、上記不要層が除去された上記
半導体層である結晶半導体層を多孔質化することにより
多孔質の結晶半導体層を形成する工程と、該多孔質の結
晶半導体層を酸化若しくは窒化することにより上記強電
界ドリフト層を形成する工程と、上記強電界ドリフト層
上に表面電極を形成する工程とを備えるので、上記半導
体層の一部である不要層が除去され、上記強電界ドリフ
ト層中にアモルファス半導体層が形成されなくなり、上
記導電性層上に高抵抗のアモルファス半導体層が形成さ
れた従来の電界放射型電子源に比べて、従来のようなア
モルファス半導体層での電圧降下をなくすことができて
強電界ドリフト層に印加される電圧が高くなるから、電
子放出効率が高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電
子源を提供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, there is provided a substrate, a conductive layer formed on the main surface side of the substrate, and an oxidized or nitrided porous crystalline semiconductor layer formed on the surface side of the conductive layer. And a surface electrode formed on the strong electric field drift layer. Electrons injected from the conductive layer are strongly applied by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive layer. A method for manufacturing a field emission type electron source that drifts an electric field drift layer and is emitted through a surface electrode, comprising: forming a semiconductor layer on one surface of a sacrificial substrate different from the substrate; Forming the conductive layer, bonding the conductive layer and the substrate, removing the sacrificial substrate and an unnecessary layer that is a part of the semiconductor layer, and removing the unnecessary layer. The crystal as the removed semiconductor layer Forming a porous crystalline semiconductor layer by making the conductive layer porous; forming the strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous crystalline semiconductor layer; Forming a surface electrode on the layer, an unnecessary layer that is a part of the semiconductor layer is removed, an amorphous semiconductor layer is not formed in the strong electric field drift layer, and a high level is formed on the conductive layer. Compared with the conventional field emission type electron source in which the amorphous semiconductor layer having resistance is formed, the voltage applied to the strong electric field drift layer can be increased because the voltage drop in the conventional amorphous semiconductor layer can be eliminated. There is an effect that a field emission type electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability can be provided.

【0071】請求項2の発明は、基板と、該基板の主表
面側に形成された導電性層と、導電性層の表面側に形成
された酸化若しくは窒化した多孔質の結晶半導体層より
なる強電界ドリフト層と、強電界ドリフト層上に形成さ
れた表面電極とを備え、表面電極を導電性層に対して正
極として電圧を印加することにより導電性層から注入さ
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、
上記基板と別の結晶基板である犠牲基板の主表面側に半
導体層を形成する工程、該半導体層の一表面側に上記導
電性層を形成する工程と、上記導電性層と上記基板とを
貼り合わせる工程と、上記犠牲基板を除去する工程と、
上記犠牲層が除去された後に上記半導体層である結晶半
導体層を多孔質化することにより多孔質の結晶半導体層
を形成する工程と、該多孔質の結晶半導体層を酸化若し
くは窒化することにより上記強電界ドリフト層を形成す
る工程と、上記強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
る工程とを備えるので、上記強電界ドリフト層中にアモ
ルファス半導体層が形成されなくなり、上記導電性層上
に高抵抗のアモルファス半導体層が形成された従来の電
界放射型電子源に比べて、従来のようなアモルファス半
導体層での電圧降下をなくすことができて強電界ドリフ
ト層に印加される電圧が高くなるから、電子放出効率が
高く且つ熱的な安定性が高い電界放射型電子源を提供す
ることができるという効果がある。
The invention according to claim 2 comprises a substrate, a conductive layer formed on the main surface side of the substrate, and an oxidized or nitrided porous crystalline semiconductor layer formed on the surface side of the conductive layer. It has a strong electric field drift layer and a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, and electrons injected from the conductive layer are applied by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive layer. A method for producing a field emission electron source wherein the layer drifts and is emitted through a surface electrode,
A step of forming a semiconductor layer on the main surface side of a sacrificial substrate that is another crystal substrate, the step of forming the conductive layer on one surface side of the semiconductor layer, and forming the conductive layer and the substrate. Bonding, and removing the sacrificial substrate,
A step of forming a porous crystalline semiconductor layer by making the crystalline semiconductor layer, which is the semiconductor layer, porous after the sacrificial layer is removed, and oxidizing or nitriding the porous crystalline semiconductor layer to form the crystalline semiconductor layer. Since the method includes a step of forming a strong electric field drift layer and a step of forming a surface electrode on the strong electric field drift layer, an amorphous semiconductor layer is not formed in the strong electric field drift layer, and a high level is formed on the conductive layer. Compared with the conventional field emission type electron source in which the amorphous semiconductor layer having resistance is formed, the voltage applied to the strong electric field drift layer can be increased because the voltage drop in the conventional amorphous semiconductor layer can be eliminated. There is an effect that a field emission type electron source having high electron emission efficiency and high thermal stability can be provided.

【0072】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、上記半導体層を形成する工程と上記
導電性層を形成する工程との間に、上記半導体層の上記
一表面上に上記半導体層よりも低抵抗の低抵抗半導体層
を形成する工程を備えるので、上記導電性層と上記強電
界ドリフト層との間に低抵抗半導体層が設けられた電界
放射型電子源を提供することができ、上記導電性層に起
因したショットキーバリアを薄くすることができてトン
ネリングで電流が流れショットキーバリアでの電圧降下
が低減され、結果として電子放出効率がより高い電界放
射型電子源を提供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, in the first or second aspect of the present invention, the one surface of the semiconductor layer is provided between the step of forming the semiconductor layer and the step of forming the conductive layer. Forming a low-resistance semiconductor layer having a lower resistance than the semiconductor layer, so that a field-emission electron source in which a low-resistance semiconductor layer is provided between the conductive layer and the strong electric field drift layer is provided. The Schottky barrier caused by the conductive layer can be thinned, a current flows through tunneling, and a voltage drop across the Schottky barrier is reduced. As a result, field emission type electrons having higher electron emission efficiency There is an effect that a source can be provided.

【0073】請求項4の発明は、請求項3の発明におい
て、上記低抵抗半導体層を形成する工程は、上記半導体
層の上記一表面側に上記半導体層から離れるほど抵抗が
小さくなる層を積層させるので、上記低抵抗半導体層は
導電性層に近づくほど抵抗が段階的に小さくなり、結果
として電子放出効率がより高い電界放射型電子源を提供
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 third aspect of the invention, the step of forming the low-resistance semiconductor layer includes laminating on the one surface side of the semiconductor layer a layer whose resistance decreases as the distance from the semiconductor layer increases. Accordingly, the resistance of the low-resistance semiconductor layer gradually decreases as it approaches the conductive layer, and as a result, there is an effect that a field emission electron source with higher electron emission efficiency can be provided.

【0074】請求項5の発明は、請求項3の発明におい
て、上記低抵抗半導体層を形成する工程は、厚み方向に
抵抗が連続的に変化し且つ上記半導体層から離れるほど
抵抗が小さくなるように上記低抵抗半導体層を形成する
ので、上記低抵抗半導体層は導電性層に近づくほど抵抗
が連続的に小さくなり、結果として電子放出効率がより
高い電界放射型電子源を提供することができるという効
果がある。
According to a fifth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the step of forming the low-resistance semiconductor layer is such that the resistance changes continuously in the thickness direction and decreases as the distance from the semiconductor layer increases. Since the low-resistance semiconductor layer is formed at a low resistance, the resistance of the low-resistance semiconductor layer decreases continuously as it approaches the conductive layer, and as a result, a field emission electron source with higher electron emission efficiency can be provided. This has the effect.

【0075】請求項6の発明は、請求項3ないし請求項
5の発明において、上記低抵抗半導体層を形成する工程
は、不純物のドーピングによって当該低抵抗半導体層の
抵抗を調整するので、低抵抗半導体層の抵抗を適宜制御
することができるという効果がある。
According to a sixth aspect of the present invention, in the third to fifth aspects, the step of forming the low-resistance semiconductor layer adjusts the resistance of the low-resistance semiconductor layer by doping with an impurity. There is an effect that the resistance of the semiconductor layer can be appropriately controlled.

【0076】請求項7の発明は、請求項3ないし請求項
5の発明において、上記低抵抗半導体層を形成する工程
は、当該低抵抗半導体層の堆積時にドーピングガスを導
入して当該低抵抗半導体層の抵抗を調整するので、ドー
ピングガスの量を制御することで低抵抗半導体層の抵抗
を調整することができるという効果がある。
According to a seventh aspect of the present invention, in the third to fifth aspects, the step of forming the low-resistance semiconductor layer comprises introducing a doping gas during the deposition of the low-resistance semiconductor layer. Since the resistance of the layer is adjusted, there is an effect that the resistance of the low-resistance semiconductor layer can be adjusted by controlling the amount of the doping gas.

【0077】請求項8の発明は、請求項3ないし請求項
5の発明において、上記低抵抗半導体層を形成する工程
は、イオン注入によって当該低抵抗半導体層の抵抗を調
整するので、イオン注入の条件で低抵抗半導体層の抵抗
を調整することができるという効果がある。
According to an eighth aspect of the present invention, in the third aspect, the step of forming the low-resistance semiconductor layer adjusts the resistance of the low-resistance semiconductor layer by ion implantation. There is an effect that the resistance of the low-resistance semiconductor layer can be adjusted under the conditions.

【0078】請求項9の発明は、請求項3ないし請求項
5の発明において、上記低抵抗半導体層を形成する工程
は、不純物の拡散によって当該低抵抗半導体層の抵抗を
調整するので、拡散条件で低抵抗半導体層の抵抗を調整
することができるという効果がある。
According to a ninth aspect of the present invention, in the third aspect, the step of forming the low-resistance semiconductor layer adjusts the resistance of the low-resistance semiconductor layer by diffusion of impurities. Thus, the resistance of the low-resistance semiconductor layer can be adjusted.

【0079】請求項10の発明は、請求項1ないし請求
項9の発明において、上記半導体層の形成後あるいは上
記導電性層の形成後あるいは上記犠牲基板の除去後ある
いは上記多孔質の結晶半導体層の形成後あるいは上記強
電界ドリフト層の形成後あるいは上記表面電極の形成後
に、少なくとも1回の熱処理を行うので、導電性層と半
導体との間に発生するショットキーバリアを低減あるい
は取り除くことができ、より電子放出効率が高く熱的に
安定な電界放射型電子源を提供することができるという
効果がある。
In a tenth aspect of the present invention, in the first to ninth aspects of the present invention, after the formation of the semiconductor layer, after the formation of the conductive layer, after the removal of the sacrificial substrate, or when the porous crystalline semiconductor layer is formed. After the formation of the strong electric field drift layer or the formation of the surface electrode, at least one heat treatment is performed, so that the Schottky barrier generated between the conductive layer and the semiconductor can be reduced or eliminated. Thus, a field emission type electron source having higher electron emission efficiency and being thermally stable can be provided.

【0080】請求項11の発明は、請求項1ないし請求
項10の発明において、上記強電界ドリフト層を形成す
る工程は、当該強電界ドリフト層が、基板の主表面に略
直交して列設された柱状の半導体結晶と、半導体結晶間
に介在するナノメータオーダの半導体微結晶と、半導体
微結晶の表面に形成され当該半導体微結晶の結晶粒径よ
りも小さな膜厚の絶縁膜とからなるように形成するの
で、上記強電界ドリフト層では上記導電性層から注入さ
れた電子が半導体微結晶に衝突せずに上記絶縁膜に印加
されている電界で加速されてドリフトし、上記強電界ド
リフト層で発生した熱が柱状の半導体結晶を通して放熱
されるような電界放射型電子源を提供できるから、電子
放出時にポッピング現象が発生せず高効率で電子を放出
することができる電界放射型電子源が得られるという効
果がある。
According to an eleventh aspect of the present invention, in the first to tenth aspects of the present invention, the step of forming the strong electric field drift layer is such that the strong electric field drift layer is arranged substantially perpendicular to the main surface of the substrate. A semiconductor crystal having a columnar shape, a semiconductor microcrystal of nanometer order interposed between the semiconductor crystals, and an insulating film formed on the surface of the semiconductor microcrystal and having a thickness smaller than the crystal grain size of the semiconductor microcrystal. In the strong electric field drift layer, electrons injected from the conductive layer are accelerated and drift by the electric field applied to the insulating film without colliding with the semiconductor microcrystals. Can provide a field emission type electron source in which heat generated in the step is dissipated through the columnar semiconductor crystal, so that electrons can be emitted with high efficiency without generating a popping phenomenon during electron emission. Emission electron source is an effect that is obtained.

【0081】請求項12の発明は、請求項1ないし請求
項11の発明において、上記半導体は、多結晶半導体よ
りなるので、電界放射型電子源の大面積化が容易になる
という効果がある。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the first to eleventh aspects, since the semiconductor is made of a polycrystalline semiconductor, there is an effect that the area of the field emission electron source can be easily increased.

【0082】請求項13の発明は、請求項1ないし請求
項12の発明において、上記半導体は、シリコンよりな
るので、シリコンプロセスを使用できるという効果があ
る。
According to a thirteenth aspect, in the first to twelfth aspects, since the semiconductor is made of silicon, there is an effect that a silicon process can be used.

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

【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】実施形態1の電界放射型電子源を示す概略断面
図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing a field emission electron source according to the first embodiment.

【図3】同上の電界放射型電子源の特性測定原理の説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a principle of measuring characteristics of the field emission type electron source according to the first embodiment.

【図4】実施形態2の製造方法を説明するための主要工
程断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing main processes for describing a manufacturing method of a second embodiment.

【図5】実施形態3の製造方法を説明するための主要工
程断面図である。
FIG. 5 is a main process sectional view for explaining the manufacturing method in the third embodiment.

【図6】従来例を示す概略断面図である。FIG. 6 is a schematic sectional view showing a conventional example.

【図7】同上の特性測定原理の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a principle of measuring characteristics according to the first embodiment;

【図8】同上の電子放出機構の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of an electron emission mechanism according to the embodiment.

【図9】他の従来例を示す概略断面図である。FIG. 9 is a schematic sectional view showing another conventional example.

【図10】同上の特性測定原理の説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram of a principle of measuring characteristics of the above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3 多結晶シリコン層 3b アモルファスシリコン層 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 8 導電性層 10 電界放射型電子源 11 絶縁性基板 13 犠牲基板 Reference Signs List 3 polycrystalline silicon layer 3b amorphous silicon layer 4 porous polycrystalline silicon layer 6 strong electric field drift layer 7 surface electrode 8 conductive layer 10 field emission electron source 11 insulating substrate 13 sacrificial substrate

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、該基板の主表面側に形成された
導電性層と、導電性層の表面側に形成された酸化若しく
は窒化した多孔質の結晶半導体層よりなる強電界ドリフ
ト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを
備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印
加することにより導電性層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、上記基板と別の犠
牲基板の一表面側に半導体層を形成する工程、該半導体
層の一表面側に上記導電性層を形成する工程と、上記導
電性層と上記基板とを貼り合わせる工程と、上記犠牲基
板と上記半導体層の一部である不要層とを除去する工程
と、上記不要層が除去された上記半導体層である結晶半
導体層を多孔質化することにより多孔質の結晶半導体層
を形成する工程と、該多孔質の結晶半導体層を酸化若し
くは窒化することにより上記強電界ドリフト層を形成す
る工程と、上記強電界ドリフト層上に表面電極を形成す
る工程とを備えることを特徴とする電界放射型電子源の
製造方法。
1. A substrate, a conductive layer formed on a main surface side of the substrate, and a strong electric field drift layer made of an oxidized or nitrided porous crystalline semiconductor layer formed on a surface side of the conductive layer. And a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, and electrons injected from the conductive layer drift on the strong electric field drift layer by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive layer. A method for manufacturing a field emission type electron source emitted through an electrode, comprising: forming a semiconductor layer on one surface of a sacrificial substrate different from the substrate; forming the conductive layer on one surface of the semiconductor layer A step of bonding the conductive layer and the substrate; a step of removing the sacrificial substrate and an unnecessary layer that is a part of the semiconductor layer; and a step of removing the unnecessary layer from the semiconductor layer. Making a crystalline semiconductor layer porous Forming a porous crystalline semiconductor layer by oxidizing or nitriding the porous crystalline semiconductor layer, and forming a surface electrode on the strong electric field drift layer. Forming a field emission type electron source.
【請求項2】 基板と、該基板の主表面側に形成された
導電性層と、導電性層の表面側に形成された酸化若しく
は窒化した多孔質の結晶半導体層よりなる強電界ドリフ
ト層と、強電界ドリフト層上に形成された表面電極とを
備え、表面電極を導電性層に対して正極として電圧を印
加することにより導電性層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、上記基板と別の結
晶基板である犠牲基板の主表面側に半導体層を形成する
工程、該半導体層の一表面側に上記導電性層を形成する
工程と、上記導電性層と上記基板とを貼り合わせる工程
と、上記犠牲基板を除去する工程と、上記犠牲層が除去
された後に上記半導体層である結晶半導体層を多孔質化
することにより多孔質の結晶半導体層を形成する工程
と、該多孔質の結晶半導体層を酸化若しくは窒化するこ
とにより上記強電界ドリフト層を形成する工程と、上記
強電界ドリフト層上に表面電極を形成する工程とを備え
ることを特徴とする電界放射型電子源の製造方法。
2. A substrate, a conductive layer formed on the main surface side of the substrate, and a strong electric field drift layer made of an oxidized or nitrided porous crystalline semiconductor layer formed on the surface side of the conductive layer. And a surface electrode formed on the strong electric field drift layer, and electrons injected from the conductive layer drift on the strong electric field drift layer by applying a voltage with the surface electrode being a positive electrode with respect to the conductive layer. A method for manufacturing a field emission type electron source emitted through an electrode, comprising: forming a semiconductor layer on a main surface side of a sacrificial substrate which is another crystal substrate different from the substrate; Forming a conductive layer, bonding the conductive layer and the substrate, removing the sacrificial substrate, and removing the crystalline semiconductor layer that is the semiconductor layer after the sacrificial layer is removed. Porosity Forming a strong crystalline semiconductor layer, forming the strong electric field drift layer by oxidizing or nitriding the porous crystalline semiconductor layer, and forming a surface electrode on the strong electric field drift layer. A method for manufacturing a field emission electron source, comprising:
【請求項3】 上記半導体層を形成する工程と上記導電
性層を形成する工程との間に、上記半導体層の上記一表
面上に上記半導体層よりも低抵抗の低抵抗半導体層を形
成する工程を備え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の製造方法。
3. A low-resistance semiconductor layer having a lower resistance than the semiconductor layer is formed on the one surface of the semiconductor layer between the step of forming the semiconductor layer and the step of forming the conductive layer. 3. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 1, further comprising a step.
【請求項4】 上記低抵抗半導体層を形成する工程は、
上記半導体層の上記一表面側に上記半導体層から離れる
ほど抵抗が小さくなる層を積層させることを特徴とする
請求項3記載の電界放射型電子源の製造方法。
4. The step of forming the low-resistance semiconductor layer comprises:
4. The method for manufacturing a field emission electron source according to claim 3, wherein a layer whose resistance decreases as the distance from the semiconductor layer increases is increased on the one surface side of the semiconductor layer.
【請求項5】 上記低抵抗半導体層を形成する工程は、
厚み方向に抵抗が連続的に変化し且つ上記半導体層から
離れるほど抵抗が小さくなるように上記低抵抗半導体層
を形成することを特徴とする請求項3記載の電界放射型
電子源の製造方法。
5. The step of forming the low-resistance semiconductor layer,
4. The method according to claim 3, wherein the low-resistance semiconductor layer is formed such that the resistance changes continuously in the thickness direction and the resistance decreases as the distance from the semiconductor layer increases.
【請求項6】 上記低抵抗半導体層を形成する工程は、
不純物のドーピングによって当該低抵抗半導体層の抵抗
を調整することを特徴とする請求項3ないし請求項5の
いずれかに記載の電界放射型電子源の製造方法。
6. The step of forming the low-resistance semiconductor layer,
6. The method according to claim 3, wherein the resistance of the low-resistance semiconductor layer is adjusted by doping with an impurity.
【請求項7】 上記低抵抗半導体層を形成する工程は、
当該低抵抗半導体層の堆積時にドーピングガスを導入し
て当該低抵抗半導体層の抵抗を調整することを特徴とす
る請求項3ないし請求項5のいずれかに記載の電界放射
型電子源の製造方法。
7. The step of forming the low-resistance semiconductor layer,
6. The method according to claim 3, wherein a doping gas is introduced during deposition of the low-resistance semiconductor layer to adjust the resistance of the low-resistance semiconductor layer. .
【請求項8】 上記低抵抗半導体層を形成する工程は、
イオン注入によって当該低抵抗半導体層の抵抗を調整す
ることを特徴とする請求項3ないし請求項5のいずれか
に記載の電界放射型電子源の製造方法。
8. The step of forming the low-resistance semiconductor layer,
6. The method according to claim 3, wherein the resistance of the low-resistance semiconductor layer is adjusted by ion implantation.
【請求項9】 上記低抵抗半導体層を形成する工程は、
不純物の拡散によって当該低抵抗半導体層の抵抗を調整
することを特徴とする請求項3ないし請求項5のいずれ
かに記載の電界放射型電子源の製造方法。
9. The step of forming the low-resistance semiconductor layer,
6. The method according to claim 3, wherein the resistance of the low-resistance semiconductor layer is adjusted by diffusing impurities.
【請求項10】 上記半導体層の形成後あるいは上記導
電性層の形成後あるいは上記犠牲基板の除去後あるいは
上記多孔質の結晶半導体層の形成後あるいは上記強電界
ドリフト層の形成後あるいは上記表面電極の形成後に、
少なくとも1回の熱処理を行うことを特徴とする請求項
1ないし請求項9のいずれかに記載の電界放射型電子源
の製造方法。
10. After the formation of the semiconductor layer, after the formation of the conductive layer, after the removal of the sacrificial substrate, after the formation of the porous crystalline semiconductor layer, after the formation of the strong electric field drift layer, or the surface electrode. After the formation of
The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the heat treatment is performed at least once.
【請求項11】 上記強電界ドリフト層を形成する工程
は、当該強電界ドリフト層が、基板の主表面に略直交し
て列設された柱状の半導体結晶と、半導体結晶間に介在
するナノメータオーダの半導体微結晶と、半導体微結晶
の表面に形成され当該半導体微結晶の結晶粒径よりも小
さな膜厚の絶縁膜とからなるように形成することを特徴
とする請求項1ないし請求項10のいずれかに記載の電
界放射型電子源の製造方法。
11. The step of forming the strong electric field drift layer includes the step of forming the strong electric field drift layer such that the strong electric field drift layer is a columnar semiconductor crystal arranged substantially orthogonal to the main surface of the substrate and a nanometer order intervening between the semiconductor crystals. 11. The semiconductor microcrystal according to claim 1, wherein the semiconductor microcrystal is formed on a surface of the semiconductor microcrystal and has a thickness smaller than a crystal grain size of the semiconductor microcrystal. A method for manufacturing the field emission electron source according to any one of the above.
【請求項12】 上記半導体は、多結晶半導体よりなる
ことを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか
に記載の電界放射型電子源の製造方法。
12. The method according to claim 1, wherein the semiconductor is made of a polycrystalline semiconductor.
【請求項13】 上記半導体は、シリコンよりなること
を特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれかに記
載の電界放射型電子源の製造方法。
13. The method according to claim 1, wherein the semiconductor is made of silicon.
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