JP2001508834A - 電子放出デバイスにおいて材料、特に余分なエミッタ材料を除去するためのインピーダンス利用電気化学技術及び電気化学的方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 インピーダンスを利用する電気化学的手順は、除去される材料と同じ化学的種類の他の材料を著しく電気化学的に侵蝕することなく、従って著しく除去することなく、構造体から一定の材料を選択的に除去するために用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 電子放出デバイスにおいて材料、特に余分なエミッタ材料を除去するた めのインピーダンス利用電気化学技術及び電気化学的方法 利用の分野 本発明は、同種の所望部分の材料を除去することなく、部分的に仕上げた構造 体から不要部分の材料を除去することに関連し、特にその構造体が、フラットパ ネルタイプの陰極線管（「ＣＲＴ」）ディスプレイのような製造物に適した、通 常カソードと呼ばれる電子放出デバイスである場合の除去に関連する。 背景技術 電界放出カソード（或いは電界エミッタ）は、十分な強度の電界をかける際に 電子を放出する一群の電子放出素子を含む。電子放出素子は典型的には、エミッ タ電極のパターン形成層上に位置する。ゲート型電界エミッタでは、典型的には パターン形成ゲート層が、電子放出素子の位置においてパターン形成エミッタ層 の上層をなす。各電子放出素子は、ゲート層の開口部を介して露出する。選択さ れたゲート層部分と選択されたエミッタ層部分との間に適当な電圧がかかる場合 、ゲート層は、２つの選択された部分の交差部において、電子放出素子から電子 を抽出する。 電子放出素子は円錐形をなす場合が多い。図面を参照すると、第１ａ図−第１ ｄ図は、例えばＳｐｉｎｄｔ等による米国特許第３，７５５，７０４号に開示さ れる、フラットパネルＣＲＴディスプレイ用のゲート型電界エミッタにおける円 錐形電子放出素子を形成するための従来技術を示す。第１ａ図に示される段階で は、部分的に仕上げられた電界エミ ッタは電気的絶縁性基板２０、エミッタ電極層２２、中間誘電体層２４及びゲー ト層２６からなる。ゲート開口部２８がゲート層２６を通って延在する。それに 対応する幾分幅広の誘電体開口部３０が誘電体層２４を通って延在する。 小さな視射角（grazing angle）の堆積手順を用いて、リフトオフ層３２が第 １ｂ図に示されるようにゲート層２６の上側に形成される。エミッタ材料が、エ ミッタ材料を開口部３０に入れるためのアパーチャが徐々に閉じるように、構造 体の上側及び誘電体開口部３０内に堆積される。米国特許第３，７５５，７０４ 号では、閉塞材料は小さな視射角で同時に堆積され、堆積アパーチャの閉塞を助 長する。それにより概ね円錐形の電子放出素子３４Ａが、エミッタ層２２上の複 合開口部２８／３０内に形成される。第１ｃ図を参照されたい。エミッタ／閉塞 材料の連続層３４Ｂがゲート層２６の上側に形成される。その後リフトオフ層３ ２が除去され、余分なエミッタ／堆積材料層３４Ｂを除去する。第１ｄ図はその 結果形成された構造体を示す。 余分なエミッタ／閉塞材料層３４Ｂを除去するためにリフトオフ層３２を利用 することは、様々な理由により問題がある。リフトオフ材料の一部が必然的にゲ ート層２６の側面縁部に沿って蓄積する。これは、エミッタ材料を最初に堆積す るために通過する開口部の大きさを縮小し、電子放出素子３４Ａを縮小するのを 困難にする。リフトオフ層３２の小視射角堆積は、電界エミッタの横方向面積が 増大する際に徐々に困難になり、それにより電界エミッタ面積を拡大することに 対する障害となる。 リフトオフ材料の堆積は、リフトオフ材料がエミッタ層２２上に蓄積せず、コ ーン３４Ａが余分な層３４Ｂの剥離中に剥離されないことを確実にするために注 意深く実行されなけらればならない。層３４Ｂはリフトオフ層３２を除去するた めの犠牲層として除去されるため、除去され たエミッタ材料の粒子は、電界エミッタを汚染するようになる。さらにリフトオ フ材料の堆積には製造時間がかかり、その結果コストが上昇する。 ＷｉｌｓｈａｗによるＰＣＴ特許出願ＷＯ９６／０６４４３号は、各電子放出 素子が円柱上に位置するモリブデン製コーンからなるゲート型電界エミッタを製 造するためのプロセスを開示する。ゲート層の開口部を介してモリブデンを堆積 中にゲート層上に蓄積する余分なモリブデンの層を電気化学的に除去し、電子放 出素子の円錐形部分を形成するために、Ｗｉｌｓｈａｗの特許は、水性の電解液 を用いて、ニオブ製ゲート層に２−４Ｖの電位をかける。 余分なモリブデンを電気化学的に除去する直前に、Ｗｉｌｓｈａｗの特許は下 側金属層を除去する。その結果、Ｗｉｌｓｈａｗの電子放出素子は、余分なエミ ッタ材料を電気化学的に除去している間、互いから電気的に絶縁される。その電 気化学的除去ステップ中に、余分なモリブデンに電気的に短絡される電子放出素 子もあるため、Ｗｉｌｓｈａｗの特許は短絡していない電子放出素子を保護する ために絶縁することが必要となるが、それはそうでなければ電子放出素子が背面 金属層及び短絡した素子を通して余分なモリブデンに電気的に短絡され、その結 果余分なモリブデンの除去中に電気化学的に侵蝕されてしまうためである。後に 、Ｗｉｌｓｈａｗの特許は背面上で、短絡した電子放出素子を無効にする操作を 実行する。最終的に、Ｗｉｌｓｈａｗの特許は電子放出素子の底面上に抵抗層を 、その抵抗層上にエミッタ電極の層を形成する。 Ｗｉｌｓｈａｗの電気化学的除去技術では、余分なエミッタ材料の層を除去す るためにリフトオフ層を用いる必要がない。しかしながら余分なモリブデンを電 気化学的に除去する前に背面金属層を除去し、その後電気化学的除去を終了した 後にエミッタ電極を形成するために、時間が かかり、いくつかの複雑な製造ステップが必要となる。付加的な電気的短絡解消 操作を実行するために、さらに製造時間及び複雑さが増す。少なくとも部分的に 円錐形状をなす電子放出素子を備えるゲート型電界エミッタを製造する場合、Ｗ ｉｌｓｈａｗの特許の非効率的な製造或いはリフトオフ層を利用することによる 製造の難しさを招くことなく、余分なエミッタ材料を含む層を除去するための技 術を用いることが望ましい。 余分なモリブデンを除去するためにＷｉｌｓｈａｗが水性の電解液を利用した ことが難しさをもたらす。モリブデン（その通常のイオン電荷状態は＋６）のよ うな金属のイオンの高い電荷対半径値（charge-to-radius value）により、これ らの金属は、金属水酸化物、金属酸化物並びにまた金属酸化物水和物として、水 性電解液から容易に沈殿するようになる。その沈殿物は電子放出素子を被覆し、 その有用性を破壊する。ゲート層のニオブを電気化学的に除去することなく、推 定に基づいて沈殿の問題を解決するために、Ｗｉｌｓｈａｗが用いた２−４Ｖの 電気化学的除去電位は非常に高く、その結果ゲート金属として用いられる可能性 が高い多くの他の金属を電気化学的に著しく侵蝕してしまうであろう。不要な沈 殿をなくすために、より簡単で、柔軟性のある方法を用いることが望ましい。 発明の全般的な開示 本発明は、著しく電気化学的に侵蝕することなく、従って除去される材料と同 じ化学的成分からなる他の材料を著しく除去することなく、構造体からある材料 を選択的に除去するための、効率的で、しかも比較的簡単な電気化学的手順を提 供する。本発明の電気化学的除去手順は、通常インピーダンスを利用する。また 本発明は、電気化学的除去手順用の有機系電気化学方法も提供する。 本電気化学除去技術におけるインピーダンス利用法は、典型的には構造体の常 設部分を構成し、いかなる場合にも、電気化学的除去操作中に構造体内に存在す るインピーダンス構成体で実装される。インピーダンス構成体は、構造体内に残 されることになる１つ或いはそれ以上の材料部分が、除去されることになる材料 に電気的に結合する際に生じる電気的短絡問題を解決するように設計された特性 を有する。インピーダンス構成体の存在により、そのような電気的短絡部は通常 それぞれ、除去の選択度を損なうことなく、電気化学的除去中に自動的に修復（ すなわち排除）される。 本発明に従えば、電気化学的に材料を除去する際にリフトオフ層を用いる必要 はない。本発明の電気化学的技術を用いて、少なくとも部分的に電子放出素子を 形成するために制御電極の開口部を介してエミッタ材料を堆積する間に、電子エ ミッタの制御電極上に蓄積する余分なエミッタ材料を除去する際に、電子放出素 子の下に位置するエミッタ電極は、電気化学的除去中に適所に残されるようにな る。Ｗｉｌｓｈａｗの特許とは異なり、除去操作中に電子放出素子を電気的に絶 縁するために、電気化学的除去を実行する前に下側導電層を除去し、その後基本 的には除去終了後に代替のエミッタ電極を形成する必要はない。 またＷｉｌｓｈａｗの特許のように、電気的に短絡した電子放出素子を修復す るために個別の、複雑になる可能性がある操作を実行する必要もない。本発明で は製造ステップ数が削減され、それにより製造時間及びコストを節約する。 本発明は、リフトオフ層を用いることにより、電子放出素子の縮小時に及び電 子エミッタの横方向面積の拡大時に生じる問題を軽減する。リフトオフ層を用い ることにより生じる可能性のある意図していない電子放出素子の剥離がなくなる 。また本発明はリフトオフ層を利用すること により生じるようになるエミッタ材料粒子による汚染の問題をなくすことができ る。従って本発明により、電子放出素子の製造を、効率的に経済的に終了するこ とができる。 本電気化学的手順の第１のステップは、少なくとも部分的に第１の材料からな る第１の電気的非絶縁性領域を含む最初の構造体を設けることである。以下に議 論するように、「電気的非絶縁」は、導電性或いは電気的抵抗性を意味する。例 えば第１の非絶縁領域は、電子放出素子を形成するためのエミッタ材料の堆積中 に蓄積する余分なエミッタ材料の層である。 電気化学的除去手順がインピーダンスを利用する場合、最初の構造体は、電子 放出素子のような多数の電気的非絶縁性部材に電気的に結合されるインピーダン ス構成体（１つ或いはそれ以上のインピーダンス素子からなる）を含む。各非絶 縁性部材は、第１の非絶縁性領域と同様に、少なくとも部分的に第１の材料から なる。エミッタ電極のような電極は典型的にはそのインピーダンス構成体を介し て非絶縁性部材に電気的に結合される。意図してはいないが、非絶縁性部材の小 断片が、この時点で非絶縁性領域に短絡されたり、並びにまた本発明の電気化学 的除去操作中に非絶縁性領域に短絡するようになる場合がある。 最初の構造体がそのように配置される場合、第１の非絶縁性領域の第１の材料 の少なくとも一部が、非絶縁性領域に選択した電位をかけることにより電気化学 的に除去される。除去ステップは通常、電解液、好ましくは有機溶剤及び酸を含 む電解液に最初の構造体を晒す過程を伴う。除去ステップ中に、インピーダンス 構成体は、非絶縁性領域に短絡しない各非絶縁性部材の第１の材料が著しく侵蝕 されないほど十分に高いインピーダンスを有する。 詳細には、十分に高いインピーダンスを示すインピーダンス材料を選 択することにより、短絡していない非絶縁性部材は、第１の非絶縁性領域に短絡 したあらゆる非絶縁性部材から有効に電気的に絶縁される。こうして選択した電 位、すなわち非絶縁性領域の第１の材料を電気化学的に除去するために非絶縁性 領域にかけられる電位は、短絡していない非絶縁性部材に伝達されない。それゆ え短絡していない非絶縁性部材は、非絶縁性領域に選択した電位がかかることに より生じる著しい電気化学的侵蝕を受けることはない。 重要なことは、あらゆる短絡された非絶縁性部材の第１の材料が電気化学的除 去手順中に大部分侵蝕されることである。十分な量の第１の材料が除去されて短 絡がなくなる場合、侵蝕は終了する。従って第１の非絶縁性領域とあらゆる非絶 縁性部材との間の短絡は、インピーダンス構成体及びその下側の電極を除去する 必要もなく、本発明では自動的に修復される。非絶縁性部材の第１の材料がどの 程度残されるかに応じて、多くの場合ここで修復された非絶縁性部材が意図した 機能を実行できるようになる。 本発明の有機系電気化学的方法を本電気化学除去手順に用いる場合、多数の非 絶縁性部材は、インピーダンス構成体と共に、少なくとも部分的に第１の材料か らなる第２の電気的非絶縁性領域と簡単に広範に置き換えられるようになる。第 ２の非絶縁性領域は典型的には電子放出素子である。上記内容と同様に、第１の 非絶縁性領域の第１の材料の少なくとも一部は、有機溶剤及び酸を含む電解液に 第１の非絶縁性領域の第１の材料を接触させる過程を含む手順により電気化学的 に除去される。除去ステップは、第２の非絶縁性領域の第１の材料が、除去ステ ップ中に著しく侵蝕されないように行われる。 本電解液に有機溶剤を利用することは、Ｗｉｌｓｈａｗの特許で用いられた溶 剤のような、水が溶剤である電解液より優れたいくつかの利点 を与える。モリブデンのような、特に電子放出素子に適しているが、高イオン電 荷対半径値を有する金属の電気分解により生成されたイオンは通常、有機溶剤に おいて高い可溶性を有する。Ｗｉｌｓｈａｗの水性電解液と比べると、金属の沈 殿に関する問題点は、本発明により用いられる有機溶剤では概ね低減される。不 要な沈殿を避けると共に、ゲート或いは制御電極の選択を著しく制限することに なる不当に高い電気化学的除去電位を用いる必要もない。 電気化学的除去は、水性電解液ではなく、有機溶剤を利用する電解液を用いて 迅速に実行されることができる。特に電気分解は、反応速度が上がり、イオン移 動度が高くなり、さらに電解液の粘性が低減されるため、高温でより急速に促進 される。本電解液に用いられる有機溶剤を適切に選択することにより、有機溶剤 は水より高い沸点を有することができる。従って電気分解は、水性の電解液を用 いる場合より、本発明の電解液を用いる場合には、高温で実行することができる 。より高い温度でより速く電気分解が行われるため、本電解液を用いる場合、処 理時間が低減される。 電気分解反応生成物の溶解度は、高温で増大する。この要因を、水中より有機 溶剤中で大きい金属−イオン溶解度と組み合わせることにより、本電解液に対す る寿命が増加する。本発明を用いることにより、さらに製造コストが低減される 。 本発明の電解液に利用される酸は、上記のように、典型的には有機酸である。 有機酸は硫黄含有酸で形成されることが好ましい。また電解液は典型的には塩、 通常有機塩を含む。 要するに、本発明により実現される電気化学的方法は特に、構造体の別の部分 における同じ化学的成分からなる材料を除去することなく、構造体のある部分か ら選択的に材料を除去する際に有用である。その除去 操作は、迅速に、効率的に、しかも複雑になることなく行われる。本発明ではあ る種の電気的短絡が自動的に修復される。電気化学的除去を実行する前に、存在 する場合には、インピーダンス構成体或いはエミッタ電極を除去する必要はない 。またリフトオフ層を用いる必要もない。従って本発明は従来技術より優れた著 しい進歩を実現する。 図面の簡単な説明 第１ａ図−第１ｄ図は、電子エミッタの電子放出素子を形成するための従来の プロセスにおけるステップを表す断面構造図である。 第２ａ図−第２ｃ図は、ゲート型電界エミッタの円錐形電子放出素子を形成す るための本発明の電気化学的教示内容に従ったプロセスの流れのステップを表す 断面図である。 第３ａ図及び第３ｂ図は、第２図の手順において利用される定電圧電気化学シ ステムの２つの実装形態の断面模式図である。 第４ａ図及び第４ｂ図は、第３ａ図及び第３ｂ図に示されるタイプの定電圧電 気化学システムにおいて一定の金属を電気化学的に除去するための駆動電圧の関 数としての電池電流のグラフである。 第５ａ図−第５ｄ図は、第２図のプロセスの流れの実装形態におけるステップ を表す断面構造図である。 第６ａ図及び第６ｂ図は、第５ｃ図及び第５ｄ図の各構造体の配置図である。 第５ｃ図の断面は第６ａ図の平面５ｃ−５ｃを通して見たものである。第５ｄ図 の断面は第６ｂ図の平面５ｄ−５ｄを通して見たものである。 第７図は、第２図のプロセスの流れの別の実装形態により製造される構造体の 断面構造図である。 第８ａ図−第８ｄ図は、第２図或いは第５図のプロセスより製造され る電界エミッタのエミッタインピーダンス構成体に対する実装形態の断面図であ る。 第９図は、本発明により製造される電子放出素子を備えるゲート型電界エミッ タを含むフラットパネルＣＲＴディスプレイの断面構造図である。 同一、或いは非常によく似た部分を表すために、図面及び好適な実施例の説明 では同様の参照符号が用いられる。 好適な実施例の説明 本発明は、ゲート型電界放出カソード用の電子放出素子を形成する際に、余分 なエミッタ材料を除去するために、インピーダンス利用の電気化学的技術を利用 する。そのような電界エミッタは、フラットパネルテレビ或いはフラットパネル ビデオのフラットパネルディスプレイ、またパーソナルコンピュータ、ラップト ップコンピュータ或いはワークステーション用のモニタの陰極線管において、フ ェースプレート上の燐光領域を励起するのに適している。 以下の記載では、用語「電気的絶縁性」（或いは「誘電性」）は概ね１０¹⁰Ω ・ｃｍより大きい抵抗率を有する材料に適用される。従って用語「電気的非絶縁 性」は、１０¹⁰Ω・ｃｍ未満の抵抗率を有する材料に適用される。電気的非絶縁 性材料は、（ａ）抵抗率が１Ω・ｃｍ未満の導電性材料と、（ｂ）抵抗率が１Ω ・ｃｍから１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲にある電気的抵抗性材料とに分けられる。これ らの区別は、１Ｖ／μｍ以下の電界強度で確定される。 導電性材料（或いは電気導体）の例は金属、金属半導体化合物（例えば金属シ リサイド）及び金属半導体共晶体である。また導電性材料は、中レベル或いは高 レベルにドープ（ｎ型或いはｐ型）された半導体を含 む。電気的抵抗性材料は、真性及び低レベルにドープ（ｎ型或いはｐ型）された 半導体を含む。電気的抵抗性材料のさらに別の例は、（ａ）サーメット（金属粒 子を埋め込んだセラミック）のような金属絶縁体複合体、（ｂ）グラファイト、 非晶質炭素及び改質（例えばドーピング或いはレーザ改質）ダイヤモンドのよう な形態の炭素及び（ｃ）シリコン−炭素−窒素のような一定のシリコン−炭素化 合物である。 本発明の電気化学的除去技術を実行する際に発生する電位の値は、便宜上、In ternational Union of Pure and Applied Chemistsの標準水素電極スケール（st andard hydrogen electrode scale）に対して定義される。この標準規格をここ では「標準水素電極」と呼ぶ。 第２ａ図−第２ｃ図（集合的に「第２図」）は、ゲート型電界エミッタ用の電 子放出素子の形成中に余分なエミッタ材料を除去するために、本発明によるイン ピーダンス利用の電気化学的技術が如何に利用されるかを示す。第２図の手順の 開始点は、典型的にはセラミック或いはガラスで形成される電気的絶縁性基板４ ０である。第２ａ図を参照されたい。基板４０は、電界エミッタを支持するもの であり、プレートとして形成される。例えば基板４０は典型的には、約１ｍｍの 厚さを有するSchottD263ガラスのプレートからなる。フラットパネルＣＲＴディ スプレイでは、基板４０は少なくともバックプレートの一部を構成する。 基板４０の上側はエミッタ領域４２である。エミッタ領域４２は、（ａ）エミ ッタ電極にパターン形成される下側導電層４２Ａ及び（ｂ）上側エミッタインピ ーダンス構成体４２Ｂからなる。エミッタ電極層４２Ａは、基板４０の上側に位 置する。層４２Ａのエミッタ電極は、ＣＲＴフラットパネルディスプレイの画像 素子（画素）の行方向において互いに概ね並列に延在し、行電極を構成する。層 ４２Ａは典型的には、ニッケル或いはアルミニウムのような金属からなる。層４ ２Ａの厚さは１００−５ ００ｎｍ、典型的には２００ｎｍである。 エミッタインピーダンス構成体４２Ｂは、エミッタ電極層４２Ａの上側に位置 する。最も小さい場合でも、インピーダンス構成体４２Ｂは、各電子放出素子の 下側をなす必要がある。構成体４２Ｂは、電子放出素子が存在しない位置には、 存在する必要はない。 インピーダンス構成体４２Ｂは、様々に構成及び形成することができる。例え ばインピーダンス構成体４２Ｂは典型的には、電気的抵抗性材料からなる１つ或 いはそれ以上のブランケット層からなる。またインピーダンス構成体は、電気的 抵抗性材料からなる１つ或いはそれ以上のパターン形成層で形成されることもで きる。構成要素４２Ｂが電気的抵抗性材料で形成される場合、エミッタ領域４２ は、電気的非絶縁性領域である。インピーダンス構成体４２Ｂの構成及び形状の 他の例が以下に与えられる。インピーダンス構成体４２Ｂの厚さは、そのインピ ーダンス値及び構成体４２Ｂが所望のインピーダンス値を達成するために如何に 実装されるかに依存する。 電気的絶縁層４４は、電極間誘電体として機能し、構造体の上側に設けられる 。絶縁層４４の厚さは通常０．０５−３μｍの範囲にある。より詳細には、層４ ４は１００ｎｍ−５００ｎｍ、典型的には１５０ｎｍの厚さを有する。絶縁層４ ４は典型的には酸化シリコン或いは窒化シリコンからなる。第２ａ図には示され ないが、絶縁層４４の一部は、インピーダンス構成体４２Ｂの形状に応じて、基 板４０に接触する場合もある。 選択されたゲート材料からなるパターン形成された電気的非絶縁ゲート層４６ が電極間誘電体層４４上に位置する。ゲート層４６は通常３０−５００ｎｍの範 囲の厚さを有する。より詳細にはゲート厚は３０−１００ｎｍ、典型的には５０ ｎｍである。ゲート材料は通常金属であり、 クロム並びにまたニッケルであることが好ましい。ゲート材料の別の候補材料は 、モリブデン、プラチナ、ニオブ、タンタル、チタン、タングステン及びチタン −タングステン等である。 ゲート層４６は様々にパターン形成することができる。例えば、ゲート層４６ は、電子放出素子からの電子の放出を制御するための多数の概ね並列をなす制御 電極として構成することができる。層４６は典型的には、主要制御部分（ここで は図示せず）を備える一群の制御電極部分を形成しており、主要制御部分が層４ ６の部分と接触し、互いに概ね並列に延在する。いずれの場合においても、制御 電極は、エミッタ層４２Ａの行電極と垂直に延在し、画素の列に沿って延在する 列電極を構成する。 多数の概ね円形の開口部４８がゲート層４６を通って延在する。ゲート開口部 ４８の直径は、開口部４８の形成方法によるが、０．０５−２μｍの範囲にある 。より詳細にはゲート開口部の直径は８０−４００ｎｍであり、典型的には１５ ０ｎｍである。 多数の概ね円形の誘電性開口部（或いは誘電性開口空間）５０が、絶縁層４４ を通りエミッタ領域４２のインピーダンス構成体４２Ｂまで下方に延在する。各 誘電性開口部５０は対応するゲート開口部４８の１つに垂直に整列され、インピ ーダンス構成体４２Ｂの一部を露出する複合開口部４８／５０を形成する。各誘 電性開口空間５０は、対応するゲート開口部４８よりやや幅広である。従って絶 縁層４４は、複合開口部４８／５０に沿ってゲート層をアンダーカットする 種々の技術を用いて層４４及び４６の複合開口部４８／５０を形成することが できる。例えば、開口部４８／５０はマスク、典型的にはフォトレジストマスク のアパーチャを介してゲート層４６をエッチングし、ゲート開口部４８を形成し 、その後開口部４８を介して絶縁層４４をエッチングし、誘電性開口空間５０を 形成することにより形成されること ができる。また複合開口部４８／５０は、Macaulay等によるＰＣＴ特許出願ＷＯ ９５／０７５４３号に記載されるようなエッチング用荷電粒子痕跡（etched cha rged-particle tracks）を用いることにより形成することもできる。 上記の米国特許第３，７５５，７０４号に記載されるタイプの微細加工或いは 選択エッチング技術を用いて、複合開口部４８／５０を形成することもできる。 名称及び材料が異なることを仮定して、開口部４８／０は、Spindt等による「Re search in Micro-Size Field-Emission Tubes」（IEEE Conf ，Rec．1966 Eighth Conf．On Tube Technigue ，20 Sept．1966．pages143-147）に記載される球体 利用手順（sphere-based procedure）により形成することもできる。 電気的非絶縁性エミッタコーン材料は絶縁層４４（或いはゲート層４６）の上 側表面に概ね垂直な方向に構造体の上側に蒸着される。エミッタコーン材料はゲ ート層４６上に蓄積すると共に、ゲート開口部４８を通過し、誘電性開口空間５ ０のインピーダンス構成体４２Ｂ上に蓄積する。ゲート層４６上にコーン材料が 蓄積することにより、コーン材料が開口空間５０に入るための開口部は徐々に閉 じる。これらの開口部が完全に閉じるまで堆積は実行される。その結果、コーン 材料は誘電性開口空間５０内に蓄積し、第２ｂ図に示されるような対応するコー ン電子放出素子５２Ａを形成する。コーン材料からなる連続（ブランケット）層 ５２Ｂは、ゲート層４６上に同時に形成される。 エミッタコーン材料は通常金属であり、ゲート層４６がクロム並びにまたニッ ケルからなる場合、モリブデンであることが好ましい。コーン材料用の別の候補 材料はニッケル、クロム、プラチナ、ニオブ、タンタル、チタン、タングステン 、チタン−タングステン及びコーン材料がゲート材料とは異なることを条件とす るとチタンカーバイドを含む。 適当なフォトレジストマスク（図示せず）を用いて、部分的に仕上げた電界エ ミッタの横方向周辺部に沿って位置する１つ或いはそれ以上の余分なエミッタ材 料層４６部分は除去される。従ってゲート層４６の一部並びにまた（存在する場 合）ゲート層４６と接触する主要制御部の一部が、電界エミッタの横方向周辺部 に沿って露出する。選択されたゲート層４６の内側部分並びにまた主要制御部も 典型的には、マスクしてエッチングする間に露出する。 ここで第３ａ図に模式的に示されるタイプのポテンシオスタット電気化学シス テムを用いて、第２ｂ図のエッチングされた構造体上で電気化学的除去操作が実 行される。第３ａ図の成形体５２Ｃは、前段に記載されるエッチング後に残され た余分なエミッタ材料層５２Ｂの一部である。余分なエミッタ材料層５２Ｃは電 気化学操作中に除去される。 ごくわずかなコーン電子放出素子５２Ａが、余分な層５２Ｃを電気化学的に除 去する前にゲート層４６に電気的に短絡するか、並びにまた電気化学的除去操作 中にゲート層４６に電気的に短絡するようになる。余分な層５２Ｃがゲート層４ ６と接触するため、これら全ての電子放出コーン５２Ｃは余分な層５２Ｃに短絡 し、以下にさらに議論されるように、通常、層５２の除去中に著しく侵蝕される 。残りのコーン５２Ａ、すなわち層５２Ｃに短絡していないコーン５２Ａは、層 ５２Ｃが除去される際にも著しくは侵蝕されない。同様に、電気化学除去操作は 、パターン形成されたゲート層４６及び（存在する場合）制御電極の主要制御部 を概ね侵蝕することなく行われる。 電気化学的除去システムは電気化学的電池６０及び制御システム６２で形成さ れ、制御システムは電池動作を調整するポテンシオスタットの形態をなす。電気 化学的電池６０は、電解液６４、電池壁６５、カウンタ電極７０及び基準電極７ ２からなる。部分的に仕上げた電界エミッタ は、電解液６４に浸漬される。 カウンタ電極７０は、典型的にはプラチナチタン合金或いはプラチナであり、 電解液６０に浸漬され、余分なエミッタ材料層５２Ｃに並列に延在する。基準電 極７２は、典型的には銀／塩化銀或いは水銀／塩化第一水銀（カロメル電極）で あり、電解液６４内に、好ましくは層５２Ｃに近接して位置する。 制御システム６２は、作動電極端子ＷＥ、基準電極端子ＲＥ及びカウンタ電極 端子ＣＥを備える。電池６０は作動電極導線７３、電気的に絶縁された基準電極 導線７４及びカウンタ電極導線７６により制御システムに電気的に接続される。 導線７３、７４及び７６は全て典型的にはプラチナ線或いは電気的に絶縁された 銅線からなる。 作動電極導線７３は制御電極に電気的に結合される。この結合は、ゲート層４ ６が制御電極にパターン形成される際に、或いは（存在する場合）制御電極の主 要制御部を介して、第３ａ図に示されるようにゲート層４６に対して直接行われ る。ゲート層４６が余分なエミッタ材料層５２Ｃと接触しているので、層４６と ５２Ｃとの結合体及び主要制御部が、電池６０に対する作動アノード電極を形成 する。基準電極導線７４は基準電極７２に電気的に接続される。カウンタ電極導 線７６はカウンタ電極７０に電気的に接続される。 電気化学的電池６０はポテンシオスタット（定電位）モードで動作する。基準 電極７２は概ね再現性のある固定基準電位Ｖ_Rを与える。電極７２が銀／塩化銀 基準電極である場合、基準電位Ｖ_Rは、室温の標準水素電極に対して約０．２Ｖ である。 制御システム６２は、作動電極導線７３を通常、基準電極導線７４上の基準電 位Ｖ_Rより概ね固定されたアノード電位Ｖ_Aだけ大きい、概ね一定の作動電極駆動 電位Ｖ_WEにするポテンシオスタットとして動作する。 ある動作条件下では、アノード電位は負になり、作動電極駆動電位Ｖ_WEがＶ_Rよ り小さくなる。第３ａ図では、電位Ｖ_Rが、ポテンシオスタット制御システム６ ２の電圧源６２Ａにより供給されるように模式的に示される。駆動電位Ｖ_WEは、 標準水素電極に対してＶ_A＋Ｖ_Rに等しい。電位Ｖ_WEは導線７３及び制御電極（ゲ ート層４６或いは層４６と隣接する主要制御部との結合体により構成される）を 介して、電気化学的除去手順実行中に余分なエミッタ材料を溶解するために余分 な層５２Ｃに加えられる。 制御システム６２は、カウンタ電極導線７６を、概ね一定のカウンタ電極電位 Ｖ_CEにする。基準電位Ｖ_Rはカウンタ電極電位Ｖ_CEより概ね固定されたカウンタ 電位Ｖ_Cだけ高い。第３ａ図では、カウンタ電位Ｖ_Cが、制御システム６２の電圧 源６２Ｃにより供給されるように模式的に示される。カウンタ電極電位Ｖ_CEはＶ_R −Ｖ_Cに等しい。 エミッタ電極層４２Ａ上の電位は３つの方法の任意の１つにおいて操作するこ とができるが、その全ての結果、（ａ）余分なエミッタ材料層５２Ｃは電気化学 的に除去され、（ｂ）短絡したコーン５２Ａは典型的には短絡を修復するほど十 分に侵蝕されるが、短絡していないコーン５２Ａは著しくは侵蝕されないように なる。 第１の方法では、エミッタ電極層４２Ａ上の電位は調整されないままである、 すなわち層４２Ａの電位を制御するための特別な動作は行われない。いずれの短 絡されたコーン５２Ａをも含む、層４２Ａに電気的に結合された材料により、層 ４２Ａ上の電位は、ゲート層４６、余分な層５２Ｃ及び（存在する場合）制御電 極の個別主要制御部で形成される作動電極上の駆動電位Ｖ_WEに近い値に達するよ うになる。短絡していないコーン５２Ａが、余分な層５２Ｃを電気化学的に除去 する間に著しく侵食されるのを防ぐために、層４２Ａ上の電位を操作するための インピー ダンス構成体４２Ｂにより与えられるインピーダンスの最小値は、３つの技術の うち最も高い。 第２の方法では、エミッタ電極層４２Ａは、電位Ｖ_WEに対して負の電位に電気 分解により自己バイアスされる。エミッタ電極自己バイアス技術は、電子放出コ ーン５２Ａに電気的に結合し、電解液６４に接触する電気的非絶縁性材料を適切 に選択することにより実行される。これらの電気的非絶縁性材料はインピーダン ス構成体４２Ｂ、エミッタ電極層４２Ａ及び層４２Ａに外部の電気的接続をもた らすさらに別の金属領域（図示せず）を形成する材料からなる。コーン５２Ａが インピーダンス構成体４２Ｂを介してエミッタ電極層４２Ａに電気的に結合され るため、コーン５２Ａは作動電極に対して負の電位になる。 第３の方法では、エミッタ電極層４２Ａは、作動電極電位Ｖ_WEより低い概ね一 定のエミッタ電極電位Ｖ_EEで有効に保持される。そのために、概ね固定されたエ ミッタ電位Ｖ_Eが、作動電極導線７３とエミッタ電極層４２Ａに接続されるさら に別の電気導線７９との間に接続される電圧源７７により供給される。電圧源７ ７及び導線７９は選択により用いられるため、第３ａ図ではそれらは破線で示さ れる。エミッタ電極電位Ｖ_EEはＶ_WE−Ｖ_Eに等しい。作動電極電位Ｖ_WEはＶ_A＋Ｖ_R に等しいため、電位Ｖ_EEはＶ_A＋Ｖ_R−Ｖ_Eに等しい。 この第３の技術において著しい電流がエミッタ電極層４２Ａを流れない場合、 コーン５２Ａは通常エミッタ電極電位Ｖ_EEに近くなり、そのため概ねＶ_WEよりＶ_E 低いである。エミッタ電位Ｖ_Eの大きさは、余分な層５２Ｃを電気化学的に除去 する間に、余分な層５２Ｃのエミッタ材料がコーン５２Ａ上を覆うようになるほ ど大きくしてはならない。 基準電位Ｖ_Rに対して、電位Ｖ_WE及びＶ_CEを供給し、利用する場合には電気化 学的電池６０に電位Ｖ_EEを供給する電圧源の配列は、電位Ｖ_{W E} 、Ｖ_CE及びＶ_EEの所望の値が得られる限り、変更することができる。第３ｂ図 は、第３ａ図の電気化学的除去システムを実装するための別の方法を示す。第３ ｂ図の電気化学的電池６０は、電池壁６５ではなく、包囲壁６６及びＯ−リング ６８を備える。電解液６４が第３ｂ図の電界エミッタの上側にのみ接触する。Ｏ −リング６８により電解液６４は壁６６の底部において電池６０から漏れないよ うになる。 第３ｂ図の別の電気化学システムでは、作動電極導線７３及び（用いられる場 合）さらに別の導線７９が電池６０の外側に電気的に接続される。選択により用 いられる電圧源７７は、作動電極導線７３ではなく、カウンタ電極導線７６に電 気的に接続される。エミッタ電極電位Ｖ_EEが、両方の電気化学的除去システムに おいて概ね同じ値でエミッタ電極層４２Ａに供給されるため、第３ａ図の電位Ｖ_E は、第３ｂ図の電位Ｖ_Eからの値とは異なる。 コーン５２Ａ及び余分な層５２Ｃのエミッタ材料が、そのイオンが高い電荷対 半径値（すなわち平均に近い（close-to-average）半径の金属イオンに対して概 ね高い原子価）を有する、概ね耐火性の金属、例えばモリブデンから概ね構成さ れる場合、電解液６４は有機溶剤及び酸電解液で形成される。電解液６４中の有 機溶剤は室温の有極性有機液からなる。モリブデンの場合、電解液６４用の適当 な有機溶剤の例は、ジメチルスルホキシド（「ＤＭＳＯ」）、エタノール及びメ タノールである。電解液６４の電気分解により生成される非常に高い荷電モリブ デンイオン（Ｍｏ⁶⁺）はこれらの各溶剤に概ね溶解する。 電解液６４中の酸電解液は無機酸或いは有機酸のいずれであってもよい。硫黄 含有酸は高い解離定数を有し、高い反応速度をもたらすので、その酸は典型的に は硫黄含有酸である。適当な硫黄含有無機酸の例は、硫酸、亜硫酸及びスルファ ミド酸である。有機酸の場合には、硫黄含有 酸は通常スルホン酸であり、典型的には芳香族スルホン酸であり、詳細にはベン ゼン環を有するものである。ベンゼン環を有する適当な芳香族スルホン酸はｐ− トルエンスルホン酸（「ｐ−ＴＳＡ」）である。 また電解液６４は、有機或いは無機いずれかの塩電解液も含む。有機塩は典型 的には有機溶剤中でより溶解しやすいため、塩電解液は通常有機塩である。より 詳細には、有機塩は典型的には芳香族スルホン酸塩、特にベンゼン環を有するも のである。ベンゼン環を有する適当な芳香族スルホン酸塩の例は、テトラエチル アンモニウムｐ−トルエンスルホネート（「ＴＥＡｐ−ＴＳ」）、テトラメチル アンモニウムｐ−トルエンスルホネート及びテトラブチルアンモニウムｐ−トル エンスルホネートである。 コーン５２Ａ及び余分な層５２Ｃのエミッタ材料が主にモリブデンからなり、 一方パターン形成ゲート層４６及び（存在する場合）制御電極の主要制御部の材 料が主にクロム並びにまたニッケルからなる場合の電解液６４の望ましい例は、 ａ． 有機溶剤としてＤＭＳＯ（（ＣＨ₃）₂ＳＯ） ｂ． ０．１−１．５、好ましくは０．５のモル濃度（ｍｏｌ／ｌ）のｐ−Ｔ ＳＡ（ＣＨ₃Ｃ₄Ｈ₄ＳＯ₃Ｈ） ｃ． ０．０５−０．７５、好ましくは０．１のモル濃度のＴＥＡｐ−ＴＳ（ Ｎ（ＣＨ₂ＣＨ₃）₄ＣＨ₃Ｃ₄Ｈ₄ＳＯ₃） である。 好ましい０．５モルｐ−ＴＳＡ及び０．１モルＴＥＡｐ−ＴＳ値では、制御シ ステム６０の電圧源６２Ａがアノード電位Ｖ_Aを適当な値に設定し、電池駆動電 位Ｖ_WEを、標準水素電極を基準にして０．２−０．９Ｖの範囲の値、典型的には ０．６Ｖに固定する。電圧源７７が、典型的な０．６Ｖ値の電位Ｖ_WEを有する第 ３ａ図の電気化学システムにおいて有 効に用いられる場合、エミッタ電位Ｖ_Eは、エミッタ電極電位Ｖ_EEを作動電極電 位Ｖ_E未満のこのＶ_E量に設定するために、０．４−２．４Ｖ、典型的には０．５ Ｖに等しい。 ＤＭＳＯは約１９０℃の沸点を有する。その結果、電解液６４についての以前 の例を用いる電気分解は、水の沸点１００℃より高い温度で行うことができる。 余分なエミッタ材料層５２Ｃの除去速度は非常に速い。ＤＭＳＯは可燃性である ため、電気分解は、ＤＭＳＯ沸点未満の安全な距離で実行される。ＤＭＳＯを溶 剤として用いる場合、電気化学的除去は通常２０−１２０℃、典型的には４０− ６０℃で行われる。 電気化学的電池を以前の条件で動作させることにより、アノード駆動電位Ｖ_WE により供給される駆動力によって、余分なエミッタ材料層５２Ｃのモリブデンは アノードにおいて酸化され、それにより電解液６４中に、典型的にはＭｏ⁶⁺とし て溶解される。従って余分な層５２Ｃは構造体の上側から電気化学的に除去され る。ｐ−ＴＳＡを用いてその速度を調整し、その速度で余分な層５２Ｃのモリブ デンが酸化され、それにより電界放出構造体から除去される。ｐ−ＴＳＡ濃度を 高めることにより、層５２Ｃのモリブデンが所与の電位Ｖ_WE値で酸化する速度も 高まり、その逆も同様である。水素イオン（Ｈ⁺）がカウンタ電極７０で還元さ れ、水素ガスを生成する。 上記のように、ごくわずかな電子放出コーン５２Ａが、直接或いはゲート層４ ６を介して、余分なエミッタ材料層５２Ｃに電気的に短絡される。そのような電 気的短絡は、コーン５２Ａがゲート層４６に強制的に接触する結果、或いは１つ 或いはそれ以上の導電性粒子がコーン５２Ａと層４６或いは５２Ｃとの間に留ま る結果として生じる。導電性粒子は典型的には余分な層５２Ｃから離脱したエミ ッタコーン材料からなる。 余分な層５２Ｃに短絡される各コーン５２Ａは作動電極電位Ｖ_WEを 受信する。エミッタ電極層４２ＡがＶ_WE未満の電位に自己バイアスされる場合、 或いは選択により用いられる電圧源７７によりＶ_WE未満の電位（Ｖ_EE）に有効に 保持される場合、電気化学的除去操作中の電位Ｖ_WEとエミッタ電極電位との差は 、その短絡したコーン５２Ａの下側をなすインピーダンス構成体部分の間で大き く降下する。従って、各短絡したコーンは、十分な量のエミッタ材料が余分な層 ５２Ｃから除去され、その時点で存在する余分な層５２Ｃの残り部分とそのコー ン５２Ａのあらゆる残り部分との間に適当に大きな間隙が生成されるまで、電気 化学的に侵蝕される。その間隙がその適当な幅に達し、元々短絡したコーン５２ Ａの電位が材料を電気化学的に除去するために必要とされる値未満に降下するよ うになる際に、そのコーン５２Ａの侵蝕は終了する。 短絡したコーン５２Ａ上の電気化学的侵蝕は、そのコーン５２Ａの比較的小さ な部分のみが除去された場合に、終了されることが多い。以前に短絡したコーン ５２Ａがどの程度残っているか、及びその残った部分が如何なる形状をなすかに よるが、そのコーン５２Ａの残りの部分は、電子放出素子として十分に機能する ことができる。あらゆる場合において、コーン５２Ａと余分な層５２Ｃとの間の 短絡は、本電気化学的手順を用いて層５２Ｃを除去することにより排除される（ 修復される）。 余分なエミッタ材料層５２Ｃを電気化学的に除去する間の電位及び電流では、 インピーダンス構成体４２Ｂのインピーダンスは十分に高く、余分なエミッタ材 料層５２Ｃに短絡していない全てのコーン５２Ａが、互いから、さらに重要なこ とには、余分な層５２Ｃに短絡したあらゆるコーン５２Ａから有効に電気的に絶 縁される。詳細には、そのコーン材料の酸化中に発生する電子が、ゲート層４６ 、余分な層５２Ｃ、主要制御部（存在する場合）及びあらゆる短絡したコーン５ ２Ａで形成される拡大された作動電極のある部分に達することができる電流経路 が存在す る場合にのみ、短絡していないコーン５２Ａは電気化学的に侵蝕されるようにな る。電気化学的除去操作中に構成体４２Ｂが高インピーダンスであることにより 、短絡していないコーン５２Ａからエミッタ電極層４２Ａを通り、短絡したコー ン５２Ａに至るあらゆる電流経路を実質的に遮断する。 エミッタ電極層４２Ａ上の電位が駆動電位Ｖ_Eに如何に接近することができる かにより、構成体４２Ｂのインピーダンスが制御され、いくつかの短絡したコー ン５２Ａ、例えば全コーン５２Ａの１〜２％の累積短絡電流が、ある著しい量の 短絡していないコーン５２Ａの材料を除去するには不十分になる。通常、短絡し たコーン５２Ａの外側には、短絡していないコーン５２Ａを電気化学的に除去す るのに必要とされる電流を流すだけの著しい電流経路は存在しない。従って短絡 していないコーン５２Ａの表面において概ね化学的活性は生じない。 エミッタ電極層４２Ａ上の電位が調整されずにＶ_WEに接近する可能性がある場 合、電気化学的除去操作中に構成体４２Ｂにより与えられる高インピーダンスが 、短絡していないコーン５２Ａが電気化学的に除去されるのを防ぐために、単独 で機能する。Ｖ_WE未満の典型的には約０．５Ｖの適切な電位で、層４２Ａを自己 バイアス或いは有効に保持することにより、短絡していないコーン５２Ａを保護 する際に、インピーダンス構成体４２Ｂを電気分解により助力することができる 。本質的には、自己バイアス或いは有効電位保持技術を使用することは、短絡し ていないコーン５２Ａが、電気化学的に除去されるようになる電位に到達するの を困難にし、それにより構成体４２Ｂについての要件を緩和する。すなわち電気 化学的除去操作中の構成体４２Ｂのインピーダンスは、無調整技術の場合より幾 分低くてもよい。 例示が有用であろう。インピーダンス構成体４２Ｂが電気的抵抗性材 料からなる場合、構成体４２Ｂは、通常のディスプレイ動作中にエミッタ電極層 ４２Ａと各コーン５２Ａとの間に、少なくとも１０⁶−１０¹¹Ω、典型的には１ ０⁹ΩのインピーダンスＺ_Bをもたらす。構成体４２Ｂは、層５２Ｃを電気化学的 に除去する間に、著しく高い値のインピーダンスＺ_Bをもたらすように構成され る。詳細には構成体４２Ｂは、短絡していないコーン５２Ａ内を上方に流れる（ 正方向）電流に対して高インピーダンスを与える。無調整技術を用いる場合、余 分な層５２Ｃを除去する間、インピーダンスＺ_Bは典型的には約１０¹¹Ω以上に なる。自己バイアス或いは有効電位保持技術を用いて層４２ＡをＶ_WE未満の電位 電圧にする場合、電気化学的除去中のインピーダンスＺ_Bの最小値は、短絡した コーン５２Ａの数及び電気化学的方法の仕様に依存する。 電気化学的除去電池では、作動電極を通って流れる（正の）アノード電流Ｉ_WE は、電解液及び駆動電位に晒される構造体から材料が電気化学的に除去される速 度を示す。除去速度は通常、アノード電流Ｉ_WEが増加すると共に速くなる。 好ましい０．５モルｐ−ＴＳＡ及び０．１モルＴＥＡｐ−ＴＳ値における上記 の好ましいＶ_WE電位範囲は、モリブデン、クロム及びニッケルの試料を除去する ように個別に形成された電気化学的電池に対して、実験的にアノード分極曲線( 電流Ｉ_WEを加えられる駆動電位Ｖ_WEの関数として表したもの)をモニタすること により確定された。第４ａ図は実験結果を示しており、駆動電位Ｖ_WEが標準水素 電極を基準にして０．２−０．９Ｖの範囲にある場合、クロム及びニッケルに対 する除去速度が、モリブデンに対する除去速度に比べて非常に小さいことがわか る。 コーン５２Ａ及び余分な層５２Ｃがモリブデンで形成され、一方ゲート層４６ 及び（存在する場合）隣接する主要制御部がクロム並びにまたニッケルからなる 場合、有機溶剤を用いる電解液６４の別の実施形態は、 ａ． 溶剤としてエタノール（ＣＨ₃ＣＨ₂ＯＨ） ｂ． 硫酸（Ｈ₂ＳＯ₄） である。硫酸に対して適当なモル濃度が選択される場合、余分な層５２Ｃは概ね 上記方法により電気化学的に除去される。 コーン５２Ａ及び余分な層５２Ｃがモリブデンからなり、一方パターン形成さ れたゲート層４６及び（存在する場合）隣接主要制御部はクロム並びにまたニッ ケルで形成される場合、電解液６４の別形態は以下の成分を含む水溶液である。 ａ．０．００５−０．０５、典型的には０．０１のモル濃度の水酸化ナトリウ ム（ＮａＯＨ） ｂ．０．００５−３．０、典型的には２．０のモル濃度の硝酸ナトリウム（Ｎ ａＮＯ₃） 典型的な０．０１モルＮａＯＨ及び２．０モルＮａＮＯ₃の値では、アノード 電位Ｖ_Aは制御システム６２により適切な値に設定され、電池駆動電位Ｖ_WEを、 標準水素電極に対して０．６−１．０Ｖの範囲、典型的には０．８Ｖの値に固定 する。この範囲は上記のように実験的に確定された。その実験結果が第４ｂ図に 表される。クロム及びニッケルに対する除去速度は、第４ｂ図に示されるように 、駆動電位Ｖ_WEが０．６−１．０Ｖの範囲にある場合にモリブデンに対する除去 速度に比べて非常に小さい。 電気化学的電池６０が上記グラフに与えられる条件で動作する場合、余分な層 ５２Ｃはその構造体から電気化学的に除去される。アノード電位Ｖ_WEにより与え られる駆動力により、層５２Ｃのモリブデンは酸化され、典型的にはＭｏ（ＶＩ ）イオンとして電解液６４中に溶解されるようになる。窒化ナトリウムを用いて モリブデンの酸化を調整する。ＮａＮＯ₃の解離により生成されるＮＯ₃イオンは 、酸化剤として機能する。 ＮａＮＯ₃濃度が増加することにより、層５２Ｃのモリブデンが酸化される速度 も増加し、その逆も成り立つ。再び水素イオンの還元がカウンタ電極７０におい て生じ、水素ガスが発生する。 第５ａ図−第５ｄ図（集合的に「第５図」）は、電界エミッタが、パターン形 成ゲート層４６と接触する個別の導電性主要制御部８０を設けられる場合の、第 ２図のプロセスの流れの実施形態を表す。第５ａ図は、図面の平面に対して垂直 方向に延在するそのような１つの主要制御部８０を示す。主要制御部８０とゲー ト層４６の主要制御部８０と隣接する部分の組み合わせが複合制御電極４６／８ ０を形成する。一群の大きな制御アパーチャ８２は、その１つが第５ａ図に示さ れており、各主要制御部８０を通って延在する。各大きな制御アパーチャ８２は 多数の複合開口部４８／５０を露出する。第５ａ図の非絶縁領域４２Ａのエミッ タ電極は、図の平面に対して平行に、水平に延在する。 コーン５２Ａ及び余分なブランケットエミッタ材料層５２Ｂの堆積後の部分的 に仕上げた電界放出構造体の外観が第５Ｂ図に示される。大きな制御アパーチャ ８２を介して以前に露出したゲート層４６の部分と接触すると共に、余分な層５ ２Ｂが主要制御部８０上及び絶縁層４４の一部の上に位置する。 第５ｃ図は、構造体の横方向周辺部に沿って位置する余分なエミッタ材料を含 む余分なエミッタ材料層５２Ｂの一部を除去するためにマスクしてエッチングを 実行した後に、その構造体が如何なる形状をなすかを示す。余分な層５２Ｂの残 りの部分は、対応するゲート層４６の部分の上側をなす一群の矩形の島５２Ｃか らなる。第５ｃ図の配置（平面）図が第６ａ図に示される。ゲート材料をパター ン形成して、パターン形成ゲート層４６を形成する際に用いたと同じレチクルを 用いて、余分なエミッタ材料の島５２Ｃを形成する際に用いるフォトレジストマ スクを形 成することにより、各島５２Ｃの外側境界部は、上側をなすゲート層４６部分の 外側境界部と概ね垂直に整列される。 第５ｄ図は、本発明のインピーダンス利用技術を用いて各島５２Ｃを電気化学 的に除去した後の構造体の外観を示す。第５ｄ図に示されるように、ゲート層４ ６及び主要電極部８０の何れも、層５２Ｃの除去中に概ね電気化学的に侵蝕され ない。同様に短絡していないコーン５２Ａも、除去操作中に電気化学的に著しく 侵蝕されることはなく、短絡していないコーン５２Ａ上の侵蝕（生じる場合）は 、制御部４６及び８０上の（非常に小さな）侵蝕より著しく小さくなる。第５ａ 図の構造体に対応する配置図が第６ｂ図に示される。 第５図のプロセスの流れでは、主要制御部８０はパターン形成ゲート層４６の 部分の上に配置される。別法では、ゲート層４６は主要制御部の部分の上側をな すことができる。第７図は、ゲート層４６が、図面の平面に対して垂直に延在す る一群の導電性主要制御部８４の部分的に上側に延在する別形態を示す。成形体 ５２Ｄは、第７図に破線で示されており、マスクしてパターンをエッチングした 後の余分なエミッタ材料層５２Ｂの残りの部分を示す。余分な層５２Ｄの形状は 、第５ｃ図のプロセスの流れにおける余分な層５２Ｃと概ね同様の形状である。 インピーダンス構成体４２Ｂのインピーダンス特性は、ディスプレイが短絡す るのを保護することを含む、本電界エミッタの正常な動作中のフラットパネルデ ィスプレイ性能を改善するように、また短絡していないコーン５２Ａの材料を著 しく除去することなく余分なエミッタ材料層５２Ｃを除去できるように選択され る。正常なディスプレイ動作中、余分な電力消費を避けるだけ十分に低い値まで 、また短絡したコーン５２Ａと同じ大きな制御部８２の他のコーン５２Ａを用い て達成される輝度レベルに著しく影響を与えないほど十分に低い値までその合成 短絡電流 を制限することにより、構成体４２Ｂは電気的に短絡したコーン５２Ａからディ スプレイを保護する。 ここで構成要素４２Ｂのインピーダンス特性を詳細にみる際に、Ｖ_GEをゲート 層４６と層４２Ａのエミッタ電極との間の電圧を表すものとする。Ｖ_Zを任意の 電子放出コーン５２Ａの１つの下側をなすインピーダンス構成体４２Ｂの厚さに かかる電圧を表すものとする。インピーダンス電圧Ｖ_Zがゲート−エミッタ電圧 Ｖ_GEの一成分である。ある特定の短絡していないコーン５２Ａに対する概ね全て のＶ_GE降下が、ゲート層４６とそのコーン５２Ａとの間の間隙に渡って生じる。 こうして短絡していないコーン５２Ａに対するインピーダンス電圧Ｖ_Zはゲート −エミッタ電圧Ｖ_GEより著しく小さい。 フラットパネルディスプレイの画像素子（画素）は通常、ゲート−エミッタ電 圧Ｖ_GEの個々の値に対応する多段階のグレースケール輝度を有する。Ｖ_ZLを正常 なディスプレイ動作中の最小画素輝度レベルにおいて生じる動作Ｖ_Z値を表すも のとする。３５Ｖの典型的な最大Ｖ_GEレベルでは、下側動作値Ｖ_ZLは典型的には １Ｖ以下である。Ｖ_ZUを正常なディスプレイ動作中に生じる上側Ｖ_Z値を表すも のとする。短絡したコーン５２Ａは本発明を用いる場合に自動的に修復されるが 、ある短絡したコーン５２Ａが正常なディスプレイ動作中に存在する場合もある 。短絡コーン５２Ａの場合、そのゲート−エミッタ電圧Ｖ_GEの概ね全値がインピ ーダンス構成体４２Ｂ間にかかる。上側動作値Ｖ_ZEは典型的には電圧Ｖ_GEの最大 値である。従ってＶ_ZUは典型的には３５Ｖである。 インピーダンスＺ_Bは、構成体４２Ｂの厚さを通って流れる電流Ｉ_Zに対して、 構成体４２Ｂが示す垂直方向インピーダンスであり、電流Ｉ_Zは１つのコーン５ ２Ａの電流である。構成体４２Ｂの特性は、インピーダンス電圧Ｖ_Zの大きさ（ 絶対値）が電気化学除去値Ｖ_ZRに近い場合に 垂直方向インピーダンスＺ_Bが高くなり、かつ電圧Ｖ_Zが、下側動作値Ｖ_ZLから上 側動作値Ｖ_ZUまでの正常な動作範囲にある場合、Ｖ_ZRの値に比べて相対的に低く なるように選択される。詳細には、インピーダンスＺ_Bは、電圧Ｖ_Zが−Ｚ_BR付近 にある場合に高くなる。電界エミッタは通常概ね−Ｖ_ZUから−Ｖ_ZLのＶ_Z値をか けられることはないことに注目されたい。従って、概ね−Ｖ_ZUから−Ｖ_ZL付近の Ｖ_Z値における構成体４２Ｂの特性はここでは対象外である。 インピーダンス電圧Ｖ_ZへのＺ_Bの依存性は、電気化学除去値Ｖ_ZRと下側動作値 Ｖ_ZLとの間に存在する遷移Ｖ_Z値を用いて数学的に表すことができる。Ｖ_ZTをこ の遷移値を表すものとすると、垂直方向インピーダンスＺ_Bの大きさは、（ａ） インピーダンス電圧Ｖ_Zが−Ｖ_ZTと０との間にある場合に遷移値Ｚ_BTより大きく 、また（ｂ）電圧Ｖ_ZがＶ_ZTとＶ_ZUとの間にある場合に遷移値Ｚ_BTより小さい。 インピーダンスＺ_Bの大きさは、電圧Ｖ_Zが０とＶ_ZTとの間にある場合、通常必要 ではないが、典型的にはＺ_BTより大きい。Ｚ_B特性が、インピーダンス電圧Ｖ_Zが −Ｖ_ZTより小さい領域に対して規定されていないことに注目されたい。これは、 −Ｖ_ZUから−Ｖ_ZL付近のＶ_Z値に対するインピーダンスＺ_Bの変動がここでは対象 外であるという事実に一致する。Ｖ_ZLからＶ_ZUまでの正方向のＶ_Z範囲では、イ ンピーダンスＺ_Bの大きさは典型的には概ね一定である。インピーダンスＺ_Bは電 圧Ｖ_Zと共に変化するため、インピーダンス構成体４２Ｂの電流−電圧特性（「 Ｉ−Ｖ」）は非線形、すなわち通常概ね非線形である。 インピーダンス構成体４２Ｂが上記の非線形Ｉ−Ｖ特性を有するように配列す ることにより、電流Ｉ_Zが所望の画素輝度レベルを達成するために必要とされる 値に容易に到達することができるほど、インピーダンスＺ_Bの大きさは、正常な デバイス動作中に十分に低くなる。一方イン ピーダンス電圧Ｖ_Zの大きさが、余分な層５２Ｃの電気化学的除去中に生じる著 しく大きな下側値Ｚ_Rである場合には、インピーダンスＺ_Bの大きさは、短絡して いないコーン５２Ａが互いに及び任意の短絡したコーン５２Ａから有効に電気的 に絶縁されるように十分に増加する。こうしてコーン５２Ａの余分な層５２Ｃへ の任意の電気的短絡により、電気化学的除去操作が妨げられたり、短絡していな いコーン５２Ａを損傷したりすることがない。 第８ａ図−第８ｄ図は、上記Ｉ−Ｄ特性を達成するためにインピーダンス構成 体４２Ｂを実装する４つの異なる方法を示す。 第８ａ図では、構成体４２Ｂは電気的抵抗性材料の層９０からなる。Ｒ_Bを抵 抗層９０の垂直方向抵抗とすると、そのとき垂直方向抵抗Ｒ_Bは、（ａ）電圧Ｖ_Z が−Ｖ_ZTと０との間にある場合に遷移抵抗値Ｒ_BTより大きく、また（ｂ）電圧Ｖ_Z がＶ_ZTとＶ_ZUとの間にある場合にＲ_BTより小さくなる。抵抗層９０のＩ−Ｖ特 性は通常０−Ｉ_Z点について対称である。従って抵抗Ｒ_Bは、電圧Ｖ_Zが０とＶ_ZT との間にある場合Ｒ_BTより大きい。 抵抗層９０はサーメット（すなわちセラミックに金属粒子を埋め込んだもの） 或いはシリコン−炭素−窒素のようなシリコン−炭素化合物で形成することがで きる。層９０の他の候補材料は、低濃度にドープされた多結晶半導体材料（例え ば多結晶シリコン）、真性アモルファス半導体材料（例えば真性アモルファスシ リコン）、大きなバンドキャップを有する半導体材料、窒化アルミニウム及び窒 化バリウム等である。 インピーダンス構成体４２Ａは第８ｂ図において二層抵抗体として構成される 。二層抵抗体は下側電気的抵抗層９２及び上側電気的抵抗層９４からなる。抵抗 ９２／９４は抵抗層９０に対して上記したのと同じ基本的な抵抗Ｉ−Ｖ特性を有 する。下側抵抗層９２は、正常なディスプレ イ動作中に、抵抗体９２／９４にＩ_ZLからＩ_ZUまでのＩ_Z範囲に対して概ね線形 なＩ−Ｖ特性を与える。上側抵抗体９４は典型的にはサーメットからなり、電気 化学除去操作中に必要とされる高い垂直方向抵抗を与える。抵抗体９２／９４に ついてのそれ以上の情報は、１９９８年６月１９日出願のKnall等による国際特 許出願ＰＣＴ／ＵＳ９８／１２４６１に与えられており、その内容はここで参照 して本明細書の一部としている。 第８ｃ図では、インピーダンス構成体４２Ｂは上側アノード層９６及び下側カ ソード層９８で形成されるダイオードからなる。正常なディスプレイ動作中に、 電流はダイオード９６／９８を通って下向きに流れる。ダイオード９６／９８は 典型的には０．９Ｖより低い閾値電圧Ｖ_Tを有する半導体ダイオードである。イ ンピーダンス電圧Ｖ_ZがＶ_Tより大きい場合、電流はダイオード９６／９８を通っ て流れ、アノード９６及びカソード９８の内部抵抗により制限される。インピー ダンス電圧Ｖ_Zの大きさが０より小さい（すなわちダイオード９６／９８が逆方 向にバイアスされている）場合、ダイオード９６／９８を通ってほとんど電流は 流れない。実際にダイオード９６／９８の内部抵抗は、電圧Ｖ_Zが負の値を有す る場合に非常に高くなる。 第８ｄ図では、インピーダンス構成体４２Ａはコンデンサを実装するように形 成される。コンデンサは上側導電性プレート１００、誘電体層１０２及びエミッ タ電極４２Ａで形成される下側プレートからなる。上側プレート１００は省略す ることもできる。その際電子放出素子５２Ａが上側プレートを形成する。正常な ディスプレイ動作中及び電気化学除去操作中にフラットパネルディスプレイが用 いるスイッチング／非スイッチング特性により、インピーダンス構成体４２Ｂに 対するＩ−Ｖ特性はコンデンサ１００／１０２／１０４において満足される。 第９図は、本発明により製造される第５ｄ図（或いは第７図）のエミッタのよ うな、エリア電界エミッタを用いるフラットパネルＣＲＴディスプレイのコアア クティブ領域の典型的な例を示す。基板４０はＣＲＴディスプレイに対するバッ クプレートを形成する。エミッタ領域４２はバックプレート４０の内側表面に沿 って位置する。１つの主要制御部８０が第９図に示される。 透明な、典型的にはガラス製のフェースプレート１１０がベースプレート４０ に対向して位置する。発光燐光体領域１１２は、その１つが第９図に示されてお り、対応する大きな制御アパーチャ８２と直接対向するフェースプレート１１０ の内側表面上に位置する。薄い光反射層１１４は、典型的にはアルミニウム製で あり、フェースプレート１１０の内側表面に沿って燐光体領域１１２の上側をな す。電子放出素子５２Ａにより放出される電子は光反射層１１４を通過し、燐光 体領域１１２が光を放射できるようにし、その光がフェースプレート１１０の外 側表面上で視認される画像を生成する。 フラットパネルＣＲＴディスプレイのコアアクティブ領域は典型的には第９図 には示されない他の構成要素を含む。例えば、フェースプレート１１０の内側表 面に沿って位置するブラックマトリクスは典型的には燐光体領域１１２を包囲し 、その燐光体領域を他の燐光体領域１１２から横方向に分離する。相互電極誘電 体層４４上に設けられる集光用隆起部が、電子の軌道制御を補助する。スペーサ 壁を用いて、バックプレート４０とフェースプレート１１０との間の相対的な一 定間隔を保持する。 第９図に示されるタイプのフラットパネルＣＲＴディスプレイに組み込まれる 場合、本発明に従って製造される電界エミッタは以下のように動作する。光反射 層１１４は電界放出カソードに対するアノードとして機能する。アノードはゲー ト及びエミッタラインに対して高い正電位に 保持される。 （ａ）選択されたエミッタ行電極４２Ａの１つと、（ｂ）ゲート層４６で部分 的に或いは完全に構成される選択された列電極の１つとの間に適切な電位が加え られる場合、その選択されたゲート部分が２つの選択された電極の交差部の電子 放出素子から電子を抽出し、生成された電子電流の大きさを制御する。所望の電 子放出レベルは典型的には、燐光体領域１１２が高電圧の燐光体である場合にデ ィスプレイの燐光体被着フェースプレートにおいて測定する際に、０．１ｍＡ／ ｃｍ²の電流密度で、加えられたゲート−カソード平行プレート電界が２０Ｖ／ ｍｍ以下に達する際に生じる。抽出された電子が衝当すると、燐光体領域１１２ が光を放出する。 「下側」及び「上側」のような方向に関する用語は、読者が本発明の種々の部 分が如何に互いに係合するかをより理解しやすいようにする座標系を設定するた めに、本発明を説明する際に用いられている。実際には、電子放出デバイスの構 成要素はここで用いられる方向に関する用語により示されるのとは異なる姿勢で 配置されることもできる。同じことが、本発明において製造ステップが実行され る方法にも当てはまる。説明を容易にするために便宜的に方向に関する用語を用 いているため、本発明はその姿勢がここで用いられている方向に関する用語によ って厳密に網羅される姿勢とは異なる実装形態をも含む。 本発明は特定の実施例を参照して説明されているが、この説明は例示のための ものにすぎず、以下に請求される本発明の範囲を制限するものとみなされるべき ではない。例えば、上記の好ましい金属とは異なる金属が電子放出コーン５２Ａ のエミッタ材料として、またゲート層４６のゲート／列材料及び（存在する場合 ）個別の主要制御部８０或いは８４として選択されることもでき、その場合には 異なる電解液組成を用いて 候補金属において電気化学的除去試験を実行し、その際第４ａ図及び第４ｂ図に 示されるようにその結果を検査することにより、駆動電位Ｖ_WEの適切な範囲を決 定する。 作動電極導線、カウンタ電極、導線７６に類似のカウンタ電極導線及び導線７ ９に類似の選択により用いられるカウンタ電極導線を含むが、基準電極（或いは 基準電極導線）を含まない電気化学除去システムを、第３ａ図或いは第３ｂ図の 電気化学除去システムにおいて用いることができる。この変形例は、動作手順を 簡単にし、電子エミッタの量産規模の製造に対して特に適している。別法では、 さらに簡単にするために、ある状況においてカウンタ電極７０（及び関連する導 線７６）をなくすことができる。 カウンタ電極は余分な層５２Ｃの上側の電解液６４内に位置する代わりに、基 板４０の一部として電子エミッタ自体に設けることもできる。選択により用いる カウンタ電極導線７９は、第３ａ図の端子ＷＥ或いは第３ｂ図の端子ＣＥを介し て接続されるのではなく、制御システム６２上の個別の端子に接続することもで きる。 ガルバノスタット（定電流）電気化学除去システムを、上記のポテンシオスタ ットシステムの代わりに用いることができる。第３ａ図或いは第３ｂ図のポテン シオスタット制御システム６２はその際、概ね一定の電流が作動電極導線７３及 びカウンタ電極導線７６内を流れるようにする電流源を含むガルバノスタット制 御システムで置き換えられる。ガルバノスタットシステムの作動電極導線７３と カウンタ電極７０との間の電位が十分な値まで上昇し、ゲート層４６並びにまた （存在する場合）個別主要制御部を電気化学的に除去することができるため、電 気化学除去動作は典型的には所定の除去時間後に終了される。別法では、電位測 定デバイスがシステム内に備えられ、除去プロセスが導線７３と７６と の間の所定の電位に達する際に終了できるようにする。 第３ａ図或いは第３ｂ図の電気化学除去システムは、所定の電位で導線７３を 保持するのではなく、制御可能な電位が作動電極導線７３とカウンタ電極導線７ ６との間に存在するように変更することができる。導線７３と７６との間の電位 は動作中に所定の値に設定されるか、或いは変更可能に制御されることができる 。 インピーダンス構成体４２Ｂは３つ或いはそれ以上の電気的抵抗層で形成する ことができる。抵抗、コンデンサ、ダイオード及び他のそのような基本的な電気 的素子を組み合わせて、インピーダンス構成体４２Ｂを形成することができる。 第２図及び第５図のプロセスは非円錐形状の電子放出素子を形成するように変 更することができる。例えば、エミッタ材料の堆積は、エミッタ材料が誘電性開 口部５２に入るための開口部を完全に閉じる前に終了することができる。その際 電子放出素子５２は概ね切頭形のコーンの形状をなすように形成される。その後 本発明の電気化学除去操作は、層５２Ｃのアパーチャを通って電解液６４に最初 に晒された切頭形コーン５２Ａを用いて余分なエミッタ材料層５２Ｃ上で実行さ れる。 電解液６２中の有機溶剤は２つ或いはそれ以上の有機液で形成することができ る。また酸は２つ或いはそれ以上の酸、典型的には２つ或いはそれ以上の有機酸 で形成することができる。２つ或いはそれ以上の塩、典型的には有機塩も同様に 電解液６２において用いることができる。 硝酸リチウム（ＬＩＮＯ₃）、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）、硝酸ルビジウム（Ｒ ｂＮＯ₃）及び硝酸セリウム（ＣｓＮＯ₃）の任意の１つ或いはそれ以上が、電解 液６２の水溶状態においてイオンを酸化するソースとして、窒化ナトリウムの代 わりに或いは窒化ナトリウムと組み合わせて用いることができる。同様に水酸化 リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化カリ ウム（ＫＯＨ）並びにまた水酸化ルビジウム（ＲｂＯＨ）及び水酸化セリウム（ ＣｓＯＨ）の任意の１つ或いはそれ以上を溶液６４の基剤として水酸化ナトリウ ムの代わりに或いは水酸化ナトリウムと組み合わせて用いることができる。任意 の１つ或いはそれ以上の酸化剤を任意の１つ或いはそれ以上の基剤と共に用いる ことができる。これらの代用例或いは組合せ例の何れの場合でも酸化剤及び基剤 の全モル濃度はそれぞれ窒化ナトリウム及び水酸化ナトリウムの場合に上記した 濃度と同様である。 １つ或いはそれ以上の２族金属、詳細にはマグネシウム、カルシウム、ストロ ンチウム及びバリウムの窒化物を、上記の１族金属硝酸化物の代わりに或いはそ れと組み合わせて電解液６４の水溶状態において用いることができる。同様に１ つ或いはそれ以上のこれらの２族金属の水酸化物を、上記の１族金属水酸化物の 代わりに或いはそれと共に電解液６４に用いることができる。 （電気化学除去操作前に）余分なブランケットエミッタ材料層５２Ｂにおいて マスクしてエッチングを実行する際に、そのエッチングは（ａ）制御部８０上の 余分なエミッタ材料の島５２Ｃのみを残すのではなく、各主要制御部８０の概ね 全てが、余分なエミッタ材料で覆われ、また(ｂ)余分なエミッタ材料が制御部８ ０間の領域から除去されるように実行することができる。本発明の電気化学除去 手順は、電子放出コーン５２Ａを露出するためにパターン形成された余分なエミ ッタ材料層５２Ｃを通る開口部を形成するほど十分に長いが、層５２Ｃの全てを 除去するほどは長くないように実行される。２つの上記変形例を組み合わせるこ とにより、制御部８０上に位置する残りの余分なエミッタ材料は制御部８０の一 部として機能し、電流をより伝導するようにできる。 電子放出コーンは、容易に直接電気化学的に除去できない、耐火性金属カーバ イドのようなエミッタ材料で形成される先端部を有することが 望ましい場合がある。チタンカーバイドは電子放出コーンの先端部用の有力なカ ーバイドである。その場合、電気化学的に除去することができる電気的非絶縁エ ミッタ材料（例えばモリブデン）が、第２ａ図或いは第５ａ図に示される段階に おける構造体の上側に及び誘電性開口部５０の内側に堆積し、電子放出素子用の 切頭形のコーンの土台を形成する。その後のコーン形成プロセスは、材料が開口 部５０に入るためのアパーチャが完全に閉塞するまで、その構造体の上側及び開 口部５０の内側に電気化学的に除去不可能な材料を堆積することにより終了する 。 その後電気化学除去操作は上記のように実行され、ゲート層４６の直上に位置 する余分な電気化学的除去可能エミッタ材料及び（存在する場合）個別の主要制 御部を除去する。この操作中に、構造体の上側に沿って位置する余分な電気化学 的に除去不可能なエミッタ材料は剥離される。従って電気化学的に除去可能なエ ミッタ材料の土台及び電気化学的に除去不可能なエミッタ材料の先端部を有する 円錐形電子放出素子がゲート開口部４８を介して露出する。 第１図の従来のプロセスにおける層３２が電気化学的に除去可能な材料からな るものと仮定すると、本発明の原理は、ゲート層と余分なエミッタ材料を含む層 との間に位置する層３２のような中間層を電気化学的に除去する過程に拡張する ことができる。そのような拡張において、余分な材料層は典型的には中間層を除 去する結果剥離される。上記任意の電気化学除去システムはその拡張されたプロ セスの流れにおいても用いることができる。 基板４０は、エミッタ領域４２がその構造体を支持するほど十分に厚い場合に はなくすことができる。絶縁性基板４０の代わりに複合基板を用いることができ 、その複合基板では、薄い絶縁層が、構造的支持体を形成する相対的に厚い非絶 縁層の上側をなしている。 本発明の電気化学除去技術は非ゲート型電子エミッタを製造する際にも用いる ことができる。本発明に従って製造される電子エミッタを用いて、フラットパネ ルＣＲＴディスプレイ以外のフラットパネルデバイスを形成することもできる。 従って種々の変形例及び応用例は、以下の請求の範囲において画定されるような 本発明の真の範囲及び精神から逸脱することなく当業者により実行されることが できる。

【手続補正書】特許法第１８４条の４第４項 【提出日】平成１０年１１月２４日（１９９８．１１．２４） 【補正内容】 順により前記余分な層の前記第１の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去す る過程とを有することを特徴とする方法。 ４２．前記除去過程が、前記インピーダンス手段が、電気的に切断された各電子 放出素子の前記第１の材料が電気化学的に著しく侵蝕されることを防ぐほど十分 に大きなインピーダンスを有するように、前記余分な層に選択された電位をかけ る過程を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４３．前記インピーダンス手段の外側の前記制御電極に電気的に結合されるあら ゆる電子放出素子の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕さ れることを特徴とする請求項４２に記載の方法。 ４４．前記初期構造体が前記インピーダンス手段の下側をなす導電性エミッタ電 極を備え、前記電子放出素子が前記インピーダンス手段を介して前記エミッタ電 極に電気的に結合されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４５．前記除去過程が、前記インピーダンス手段或いは前記エミッタ電極に、前 記選択された電位以外の電位をかけることなく実行されることを特徴とする請求 項４４に記載の方法。 ４６．前記除去過程が前記エミッタ電極にさらに電位を加えることを特徴とする 請求項４４に記載の方法。 ４７．前記電子放出素子が概ね円錐形状をなすように配設されることを特徴とす る請求項４１に記載の方法。 ４８．前記余分な層の前記第１の材料が、前記電子放出素子の少なくとも一部を 形成するために前記第１の材料が前記複合開口部に堆積する間に前記制御電極上 に堆積することを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４９．前記電解液がさらに塩を含むことを特徴とする請求項３１乃至４８の何れ か一項に記載の方法。 ５０．前記酸が有機酸を含むことを特徴とする請求項３１乃至４８の何れか一項 に記載の方法。 ５１．前記電解液がさらに塩を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。 ５２．前記塩が有機塩であることを特徴とする請求項５１に記載の方法。 ５３．前記除去過程が１００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項 ３１乃至４８の何れか一項に記載の方法。 ５４．有機硫黄含有溶剤とスルホン酸とを含む電解液に構造体を接触する過程を 含む手順により前記構造体の電気的非絶縁性部分を電気化学的に除去する過程を 含む方法。 ５５．前記溶剤がジメチルスルホキシドを含むことを特徴とする請求項５４に記 載の方法。 ５６．前記スルホン酸がベンゼン環を含むことを特徴とする請求項５５に記載の 方法。 ５７．前記非絶縁性部分が、そのイオンが高電荷対半径値を有する金属を含むこ とを特徴とする請求項５４に記載の方法。 ５８．前記除去過程が１００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項 ５４に記載の方法。 ５９．前記電解液がさらにスルホン酸塩を含むことを特徴とする請求項５４乃至 ５８の何れか一項に記載の方法。 ６０．前記スルホン酸及び前記スルホン酸塩がそれぞれベンゼン環を含むことを 特徴とする請求項５９に記載の方法。 【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年６月２４日（１９９９．６．２４） 【補正内容】 操作は、迅速に、効率的に、しかも複雑になることなく行われる。本発明ではあ る種の電気的短絡が自動的に修復される。電気化学的除去を実行する前に、存在 する場合には、インピーダンス構成体或いはエミッタ電極を除去する必要はない 。またリフトオフ層を用いる必要もない。従って本発明は従来技術より優れた著 しい進歩を実現する。図面の簡単な説明 第１ａ図−第１ｄ図は、電子エミッタの電子放出素子を形成するための従来の プロセスにおけるステップを表す断面構造図である。 第２ａ図−第２ｃ図は、ゲート型電界エミッタの円錐形電子放出素子を形成す るための本発明の電気化学的教示内容に従ったプロセスの流れのステップを表す 断面図である。 第３ａ図及び第３ｂ図は、第２ａ図−第２ｃ図の手順において利用される定電 圧電気化学システムの２つの実装形態の断面模式図である。 第４ａ図及び第４ｂ図は、第３ａ図及び第３ｂ図に示されるタイプの定電圧電 気化学システムにおいて一定の金属を電気化学的に除去するための駆動電圧の関 数としての電池電流のグラフである。 第５ａ図−第５ｄ図は、第２ａ図−第２ｃ図のプロセスの流れの実装形態にお けるステップを表す断面構造図である。 第６ａ図及び第６ｂ図は、第５ｃ図及び第５ｄ図の各構造体の配置図である。 第５ｃ図の断面は第６ａ図の平面５ｃ−５ｃを通して見たものである。第５ｄ図 の断面は第６ｂ図の平面５ｄ−５ｄを通して見たものである。 第７図は、第２ａ図−第２ｃ図のプロセスの流れの別の実装形態により製造さ れる構造体の断面構造図である。 第８ａ図−第８ｄ図は、第２ａ図−第２ｃ図或いは第５ａ図−第５ｄ 図のプロセスより製造される電界エミッタのエミッタインピーダンス構成体に対 する実装形態の断面図である。 第９図は、本発明により製造される電子放出素子を備えるゲート型電界エミッ タを含むフラットパネルＣＲＴディスプレイの断面構造図である。 同一、或いは非常によく似た部分を表すために、図面及び好適な実施例の説明 では同様の参照符号が用いられる。 好適な実施例の説明 本発明は、ゲート型電界放出カソード用の電子放出素子を形成する際に、余分 なエミッタ材料を除去するために、インピーダンス利用の電気化学的技術を利用 する。そのような電界エミッタは、フラットパネルテレビ或いはフラットパネル ビデオのフラットパネルディスプレイ、またパーソナルコンピュータ、ラップト ップコンピュータ或いはワークステーション用のモニタの陰極線管において、フ ェースプレート上の燐光領域を励起するのに適している。 以下の記載では、用語「電気的絶縁性」（或いは「誘電性」）は概ね１０¹⁰Ω ・ｃｍより大きい抵抗率を有する材料に適用される。従って用語「電気的非絶縁 性」は、１０¹⁰Ω・ｃｍ未満の抵抗率を有する材料に適用される。電気的非絶縁 性材料は、（ａ）抵抗率が１Ω・ｃｍ未満の導電性材料と、（ｂ）抵抗率が１Ω ・ｃｍから１０¹⁰Ω・ｃｍの範囲にある電気的抵抗性材料とに分けられる。これ らの区別は、１Ｖ／μｍ以下の電界強度で確定される。 導電性材料（或いは電気導体）の例は金属、金属半導体化合物（例えば金属シ リサイド）及び金属半導体共晶体である。また導電性材料は、中レベル或いは高 レベルにドープ（ｎ型或いはｐ型）された半導体を含 ００ｎｍ、典型的には２００ｎｍである。 エミッタインピーダンス構成体４２Ｂは、エミッタ電極層４２Ａの上側に位置 する。最も小さい場合でも、インピーダンス構成体４２Ｂは、各電子放出素子の 下側をなす必要がある。構成体４２Ｂは、電子放出素子が存在しない位置には、 存在する必要はない。 インピーダンス構成体４２Ｂは、様々に構成及び形成することができる。例え ばインピーダンス構成体４２Ｂは典型的には、電気的抵抗性材料からなる１つ或 いはそれ以上のブランケット層からなる。またインピーダンス構成体は、電気的 抵抗性材料からなる１つ或いはそれ以上のパターン形成層で形成されることもで きる。構成要素４２Ｂが電気的抵抗性材料で形成される場合、エミッタ領域４２ は、電気的非絶縁性領域である。インピーダンス構成体４２Ｂの構成及び形状の 他の例が以下に与えられる。インピーダンス構成体４２Ｂの厚さは、そのインピ ーダンス値及び構成体４２Ｂが所望のインピーダンス値を達成するために如何に 実装されるかに依存する。 電気的絶縁層４４は、電極間誘電体として機能し、上記構造体の上側に設けら れる。絶縁層４４の厚さは通常０．０５−３μｍの範囲にある。より詳細には、 層４４は１００ｎｍ−５００ｎｍ、典型的には１５０ｎｍの厚さを有する。絶縁 層４４は典型的には酸化シリコン或いは窒化シリコンからなる。第２ａ図には示 されないが、絶縁層４４の一部は、インピーダンス構成体４２Ｂの形状に応じて 、基板４０に接触する場合もある。 選択されたゲート材料からなるパターン形成された電気的非絶縁ゲート層４６ が電極間誘電体層４４上に位置する。ゲート層４６は通常３０−５００ｎｍの範 囲の厚さを有する。より詳細にはゲート厚は３０−１００ｎｍ、典型的には５０ ｎｍである。ゲート材料は通常金属であり、 ダンス構成体４２Ｂにより与えられるインピーダンスの最小値は、３つの技術で 生じる値のうち最も高い。 第２の方法では、エミッタ電極層４２Ａは、電位Ｖ_WEに対して負の電位に電気 分解により自己バイアスされる。エミッタ電極自己バイアス技術は、電子放出コ ーン５２Ａに電気的に結合し、電解液６４に接触する電気的非絶縁性材料を適切 に選択することにより実行される。これらの電気的非絶縁性材料はインピーダン ス構成体４２Ｂ、エミッタ電極層４２Ａ及び層４２Ａに外部の電気的接続をもた らすさらに別の金属領域（図示せず）を形成する材料からなる。コーン５２Ａが インピーダンス構成体４２Ｂを介してエミッタ電極層４２Ａに電気的に結合され るため、コーン５２Ａは作動電極に対して負の電位になる。 第３の方法では、エミッタ電極層４２Ａは、作動電極電位Ｖ_WEより低い概ね一 定のエミッタ電極電位Ｖ_EEで有効に保持される。そのために、概ね固定されたエ ミッタ電位Ｖ_Eが、作動電極導線７３とエミッタ電極層４２Ａに接続されるさら に別の電気導線７９との間に接続される電圧源７７により供給される。電圧源７ ７及び導線７９は選択により用いられるため、第３ａ図ではそれらは破線で示さ れる。エミッタ電極電位Ｖ_EEはＶ_WE−Ｖ_Eに等しい。作動電極電位Ｖ_WEはＶ_A＋Ｖ_R に等しいため、電位Ｖ_EEはＶ_A＋Ｖ_R−Ｖ_Eに等しい。 この第３の技術において著しい電流がエミッタ電極層４２Ａを流れない場合、 コーン５２Ａは通常エミッタ電極電位Ｖ_EEに近くなり、そのため概ねＶ_WEよりＶ_E 低いである。エミッタ電位Ｖ_Eの大きさは、余分な層５２Ｃを電気化学的に除去 する間に、余分な層５２Ｃのエミッタ材料がコーン５２Ａ上を覆うようになるほ ど大きくしてはならない。 基準電位Ｖ_Rに対して、電位Ｖ_WE及びＶ_CEを供給し、利用する場合には電気化 学的電池６０に電位Ｖ_EEを供給する電圧源の配列は、電位Ｖ_W る場合にのみ、短絡していないコーン５２Ａは電気化学的に侵蝕されるようにな る。電気化学的除去操作中に構成体４２Ｂが高インピーダンスであることにより 、短絡していないコーン５２Ａからエミッタ電極層４２Ａを通り、短絡したコー ン５２Ａに至るあらゆる電流経路を実質的に遮断する。 エミッタ電極層４２Ａ上の電位が駆動電位Ｖ_Eに如何に接近することができる かにより、構成体４２Ｂのインピーダンスが制御され、いくつかの短絡したコー ン５２Ａ、例えば全コーン５２Ａの１〜２％の累積短絡電流が、ある著しい量の 短絡していないコーン５２Ａの材料を除去するには不十分になる。通常、各短絡 したコーン５２Ａの外側には、短絡していないコーン５２Ａを電気化学的に除去 するのに必要とされる電流を流すだけの著しい電流経路は存在しない。従って短 絡していないコーン５２Ａの表面において概ね化学的活性は生じない。 エミッタ電極層４２Ａ上の電位が調整されずにＶ_WEに接近する可能性がある場 合、電気化学的除去操作中に構成体４２Ｂにより与えられる高インピーダンスが 、短絡していないコーン５２Ａが電気化学的に除去されるのを防ぐために、単独 で機能する。Ｖ_WE未満の典型的には約０．５Ｖの適切な電位で、層４２Ａを自己 バイアス或いは有効に保持することにより、短絡していないコーン５２Ａを保護 する際に、インピーダンス構成体４２Ｂを電気分解により助力することができる 。本質的には、自己バイアス或いは有効電位保持技術を使用することは、短絡し ていないコーン５２Ａが、電気化学的に除去されるようになる電位に到達するの を困難にし、それにより構成体４２Ｂについての要件を緩和する。すなわち電気 化学的除去操作中の構成体４２Ｂのインピーダンスは、無調整技術の場合より幾 分低くてもよい。 例示が有用であろう。インピーダンス構成体４２Ｂが電気的抵抗性材 成することにより、各島５２Ｃの外側境界部は、上側をなすゲート層４６部分の 外側境界部と概ね垂直に整列される。 第５ｄ図は、本発明のインピーダンス利用技術を用いて各島５２Ｃを電気化学 的に除去した後の構造体の外観を示す。第５ｄ図に示されるように、ゲート層４ ６及び主要電極部８０の何れも、層５２Ｃの除去中に概ね電気化学的に侵蝕され ない。同様に短絡していないコーン５２Ａも、除去操作中に電気化学的に著しく 侵蝕されることはなく、短絡していないコーン５２Ａ上の侵蝕（生じる場合）は 、制御部４６及び８０上の（非常に小さな）侵蝕より著しく小さくなる。第５ｄ 図の構造体に対応する配置図が第６ｂ図に示される。 第５図のプロセスの流れでは、主要制御部８０はパターン形成ゲート層４６の 部分の上に配置される。別法では、ゲート層４６は主要制御部の部分の上側をな すことができる。第７図は、ゲート層４６が、図面の平面に対して垂直に延在す る一群の導電性主要制御部８４の部分的に上側に延在する別形態を示す。成形体 ５２Ｄは、第７図に破線で示されており、マスクしてパターンをエッチングした 後の余分なエミッタ材料層５２Ｂの残りの部分を示す。余分な層５２Ｄの形状は 、第５ｃ図のプロセスの流れにおける余分な層５２Ｃと概ね同様の形状である。 インピーダンス構成体４２Ｂのインピーダンス特性は、ディスプレイが短絡す るのを保護することを含む、本電界エミッタの正常な動作中のフラットパネルデ ィスプレイ性能を改善するように、また短絡していないコーン５２Ａの材料を著 しく除去することなく余分なエミッタ材料層５２Ｃを除去できるように選択され る。正常なディスプレイ動作中、余分な電力消費を避けるだけ十分に低い値まで 、また短絡したコーン５２Ａと同じ大きな制御アパーチャ８２の他のコーン５２ Ａを用いて達成される輝度レベルに著しく影響を与えないほど十分に低い値まで その合成 短絡電流を制限することにより、構成体４２Ｂは電気的に短絡したコーン５２Ａ からディスプレイを保護する。 ここで構成要素４２Ｂのインピーダンス特性を詳細にみる際に、Ｖ_GEをゲート 層４６と層４２Ａのエミッタ電極との間の電圧を表すものとする。Ｖ_Zを任意の 電子放出コーン５２Ａの１つの下側をなすインピーダンス構成体４２Ｂの厚さに かかる電圧を表すものとする。インピーダンス電圧Ｖ_Zがゲート−エミッタ電圧 Ｖ_GEの一成分である。ある特定の短絡していないコーン５２Ａに対する概ね全て のＶ_GE降下が、ゲート層４６とそのコーン５２Ａとの間の間隙に渡って生じる。 こうして短絡していないコーン５２Ａに対するインピーダンス電圧Ｖ_Zはゲート −エミッタ電圧Ｖ_GEより著しく小さい。 フラットパネルディスプレイの画素は通常、ゲート−エミッタ電圧Ｖ_GEの個々 の値に対応する多段階のグレースケール輝度を有する。Ｖ_ZLを正常なディスプレ イ動作中の最小画素輝度レベルにおいて生じる動作Ｖ_Z値を表すものとする。３ ５Ｖの典型的な最大Ｖ_GEレベルでは、下側動作値Ｖ_ZLは典型的には１Ｖ以下であ る。Ｖ_ZUを正常なディスプレイ動作中に生じる上側Ｖ_Z値を表すものとする。短 絡したコーン５２Ａは本発明を用いる場合に自動的に修復されるが、ある短絡し たコーン５２Ａが正常なディスプレイ動作中に存在する場合もある。短絡コーン ５２Ａの場合、そのゲート−エミッタ電圧Ｖ_GEの概ね全値がインピーダンス構成 体４２Ｂ間にかかる。上側動作値Ｖ_ZEは典型的には電圧Ｖ_GEの最大値である。従 ってＶ_ZUは典型的には３５Ｖである。 インピーダンスＺ_Bは、構成体４２Ｂの厚さを通って流れる電流Ｉ_Zに対して、 構成体４２Ｂが示す垂直方向インピーダンスであり、電流Ｉ_Zは１つのコーン５ ２Ａの電流である。構成体４２Ｂの特性は、インピーダンス電圧Ｖ_Zの大きさ（ 絶対値）が電気化学除去値Ｖ_ZRに近い場合に 垂直方向インピーダンスＺ_Bが高くなり、かつ電圧Ｖ_Zが、下側動作値Ｖ_ZLから上 側動作値Ｖ_ZUまでの正常な動作範囲にある場合、Ｖ_ZRの値に比べて相対的に低く なるように選択される。詳細には、インピーダンスＺ_Bは、電圧Ｖ_Zが−Ｚ_BR付近 にある場合に高くなる。電界エミッタは通常概ね−Ｖ_ZUから−Ｖ_ZLのＶ_Z値をか けられることはないことに注目されたい。従って、概ね−Ｖ_ZUから−Ｖ_ZL付近の Ｖ_Z値における構成体４２Ｂの特性はここでは対象外である。 インピーダンス電圧Ｖ_ZへのＺ_Bの依存性は、電気化学除去値Ｖ_ZRと下側動作値 Ｖ_ZLとの間に存在する遷移Ｖ_Z値を用いて数学的に表すことができる。Ｖ_ZTをこ の遷移値を表すものとすると、垂直方向インピーダンスＺ_Bの大きさは、（ａ） インピーダンス電圧Ｖ_Zが−Ｖ_ZTと０との間にある場合に遷移値Ｚ_BTより大きく 、また（ｂ）電圧Ｖ_ZがＶ_ZTとＶ_ZUとの間にある場合に遷移値Ｚ_BTより小さい。 インピーダンスＺ_Bの大きさは、電圧Ｖ_Zが０とＶ_ZTとの間にある場合、通常必要 ではないが、典型的にはＺ_BTより大きい。Ｚ_B特性が、インピーダンス電圧Ｖ_Zが −Ｖ_ZTより小さい領域に対して規定されていないことに注目されたい。これは、 −Ｖ_ZUから−Ｖ_ZL付近のＶ_Z値に対するインピーダンスＺ_Bの変動がここでは対象 外であるという事実に一致する。Ｖ_ZLからＶ_ZUまでの正方向のＶ_Z範囲では、イ ンピーダンスＺ_Bの大きさは典型的には概ね一定である。インピーダンスＺ_Bは電 圧Ｖ_Zと共に変化するため、インピーダンス構成体４２Ｂの電流一電圧特性（「 Ｉ−Ｖ」）は非線形、すなわち通常概ね非線形である。 インピーダンス構成体４２Ｂが上記の非線形Ｉ−Ｖ特性を有するように配列す ることにより、電流Ｉ_Zが所望の画素輝度レベルを達成するために必要とされる 値に容易に到達することができるほど、インピーダンスＺ_Bの大きさは、正常な デバイス動作中に十分に低くなる。一方イン ピーダンス電圧Ｖ_Zの大きさが、余分な層５２Ｃの電気化学的除去中に生じる著 しく大きな下側値Ｚ_Rである場合には、インピーダンスＺ_Bの大きさは、短絡して いないコーン５２Ａが互いに及び任意の短絡したコーン５２Ａから有効に電気的 に絶縁されるように十分に増加する。こうしてコーン５２Ａの余分な層５２Ｃへ の任意の電気的短絡により、電気化学的除去操作が妨げられたり、短絡していな いコーン５２Ａを損傷したりすることがない。 第８ａ図−第８ｄ図は、上記Ｉ−Ｄ特性を達成するためにインピーダンス構成 体４２Ｂを実装する４つの異なる方法を示す。 第８ａ図では、構成体４２Ｂは電気的抵抗性材料の層９０からなる。Ｒ_Bを抵 抗層９０の垂直方向抵抗とすると、そのとき垂直方向抵抗Ｒ_Bは、（ａ）電圧Ｖ_Z が−Ｖ_ZTと０との間にある場合に遷移抵抗値Ｒ_BTより大きく、また（ｂ）電圧Ｖ_Z がＶ_ZTとＶ_ZUとの間にある場合にＲ_BTより小さくなる。抵抗層９０のＩ−Ｖ特 性は通常０−Ｉ_Z点について対称である。従って抵抗Ｒ_Bは、電圧Ｖ_Zが０とＶ_ZT との間にある場合Ｒ_BTより大きい。 抵抗層９０はサーメット（すなわちセラミックに金属粒子を埋め込んだもの） 或いはシリコン−炭素−窒素のようなシリコン−炭素化合物で形成することがで きる。層９０の他の候補材料は、低濃度にドープされた多結晶半導体材料（例え ば多結晶シリコン）、真性アモルファス半導体材料（例えば真性アモルファスシ リコン）、大きなバンドキャップを有する半導体材料、窒化アルミニウム及び窒 化バリウム等である。 インピーダンス構成体４２Ａは第８ｂ図において二層抵抗体として構成される 。二層抵抗体は下側電気的抵抗層９２及び上側電気的抵抗層９４からなる。抵抗 ９２／９４は抵抗層９０に対して上記したのと同じ基本的な抵抗Ｉ−Ｖ特性を有 する。下側抵抗層９２は、正常なディスプレ の間の所定の電位に達する際に終了できるようにする。 第３ａ図或いは第３ｂ図の電気化学除去システムは、所定の電位で導線７３を 保持するのではなく、制御可能な電位が作動電極導線７３とカウンタ電極導線７ ６との間に存在するように変更することができる。導線７３と７６との間の電位 は動作中に所定の値に設定されるか、或いは変更可能に制御されることができる 。 インピーダンス構成体４２Ｂは３つ或いはそれ以上の電気的抵抗層で形成する ことができる。抵抗、コンデンサ、ダイオード及び他のそのような基本的な電気 的素子を組み合わせて、インピーダンス構成体４２Ｂを形成することができる。 第２図及び第５図のプロセスは非円錐形状の電子放出素子を形成するように変 更することができる。例えば、エミッタ材料の堆積は、エミッタ材料が誘電性開 口部５２に入るための開口部を完全に閉じる前に終了することができる。その際 電子放出素子５２は概ね切頭形のコーンの形状をなすように形成される。その後 本発明の電気化学除去操作は、層５２Ｃのアパーチャを通って電解液６４に最初 に晒された切頭形コーン５２Ａを用いて余分なエミッタ材料層５２Ｃ上で実行さ れる。 電解液６２中の有機溶剤は２つ或いはそれ以上の有機液で形成することができ る。また酸は２つ或いはそれ以上の酸、典型的には２つ或いはそれ以上の有機酸 で形成することができる。２つ或いはそれ以上の塩、典型的には有機塩も同様に 電解液６４において用いることができる。 硝酸リチウム（ＬＩＮＯ₃）、硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）、硝酸ルビジウム（Ｒ ｂＮＯ₃）及び硝酸セリウム（ＣｓＮＯ₃）の任意の１つ或いはそれ以上が、電解 液６４の水溶状態においてイオンを酸化するソースとして、窒化ナトリウムの代 わりに或いは窒化ナトリウムと組み合わせて用いることができる。同様に水酸化 リチウム（ＬｉＯＨ）、水酸化カリ ウム（ＫＯＨ）、水酸化ルビジウム（ＲｂＯＨ）及び水酸化セリウム（ＣｓＯＨ ）の任意の１つ或いはそれ以上を溶液６４の基剤として水酸化ナトリウムの代わ りに或いは水酸化ナトリウムと組み合わせて用いることができる。任意の１つ或 いはそれ以上の酸化剤を任意の１つ或いはそれ以上の基剤と共に用いることがで きる。これらの代用例或いは組合せ例の何れの場合でも酸化剤及び基剤の全モル 濃度はそれぞれ窒化ナトリウム及び水酸化ナトリウムの場合に上記した濃度と同 様である。 １つ或いはそれ以上の２族金属、詳細にはマグネシウム、カルシウム、ストロ ンチウム及びバリウムの窒化物を、上記の１族金属硝酸化物の代わりに或いはそ れと組み合わせて電解液６４の水溶状態において用いることができる。同様に１ つ或いはそれ以上のこれらの２族金属の水酸化物を、上記の１族金属水酸化物の 代わりに或いはそれと共に電解液６４に用いることができる。 （電気化学除去操作前に）余分なブランケットエミッタ材料層５２Ｂにおいて マスクしてエッチングを実行する際に、そのエッチングは（ａ）制御部８０上の 余分なエミッタ材料の島５２Ｃのみを残すのではなく、各主要制御部８０の概ね 全てが、余分なエミッタ材料で覆われ、また(ｂ)余分なエミッタ材料が制御部８ ０間の領域から除去されるように実行することができる。本発明の電気化学除去 手順は、電子放出コーン５２Ａを露出するためにパターン形成された余分なエミ ッタ材料層５２Ｃを通る開口部を形成するほど十分に長いが、層５２Ｃの全てを 除去するほどは長くないように実行される。２つの上記変形例を組み合わせるこ とにより、制御部８０上に位置する残りの余分なエミッタ材料は制御部８０の一 部として機能し、電流をより伝導するようにできる。 電子放出コーンは、容易に直接電気化学的に除去できない、耐火性金属カーバ イドのようなエミッタ材料で形成される先端部を有することが 請求の範囲 １．（ａ）第１の電気的非絶縁領域が第１の材料を含み、（ｂ）インピーダンス 手段が多数の電気的非絶縁性部材に電気的に結合され、さらに（ｃ）各非絶縁性 部材が前記第１の材料を含む、初期構造体を配設する過程と、 前記非絶縁性領域に選択された電位をかける過程を含む手順により前記非絶縁 性領域の前記第１の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去する過程とを有し 、前記インピーダンス手段が、前記除去過程中に、前記インピーダンス手段及び 任意の介在する電解液の外側にある前記非絶縁性領域から概ね電気的に切断され た各非絶縁性部材の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕 されないように十分に高いインピーダンスを与えることを特徴とする方法。 ２．前記インピーダンス手段及び任意の介在する電解液の外側にある前記非絶縁 性領域に電気的に結合されるあらゆる非絶縁性部材の前記第１の材料が前記除去 過程中に電気化学的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記除去過程が、前記初期構造体を電解液に晒す過程を含むことを特徴とす る請求項１に記載の方法。 ４．前記初期構造体が前記インピーダンス手段を介して前記非絶縁性部材に電気 的に結合される導電性電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．前記除去過程が、前記選択された電位以外の電位を前記インピーダンス部材 或いは前記電極に加えることなく実行されることを特徴とする請求項４に記載の 方法。 ６．前記インピーダンスが、前記除去過程中に、前記電極と前記非絶縁性部材に 電気的に結合される任意の他の電気的非絶縁性構成体とから著 しい電解作用上の補助を受けることなく、前記除去過程中に電気的に切断された 非絶縁性部材が概ね電気化学的に著しく侵蝕されることがないように十分に高い インピーダンスであることを特徴とする請求項５に記載の方法。 ７．電気的に切断された非絶縁性部材が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵 蝕されるのを防ぐ際に、前記初期構造体が、前記インピーダンス手段を電解作用 的に補助するために、前記非絶縁性部材に電気的に結合される前記電極を潜在的 に含む少なくとも１つの電気的非絶縁性構成体を備えることを特徴する請求項５ に記載の方法。 ８．前記除去過程が前記電極にさらに別の電位を加える過程を有することを特徴 とする請求項４に記載の方法。 ９．前記さらに加えられる電位が前記選択された電位とは十分に異なり、電気的 に切断された非絶縁性部材が前記除去過程中に著しく電気化学的に除去されるの を防ぐ際に、前記インピーダンス部材を補助することを特徴とする請求項８に記 載の方法。 １０．前記初期構造体が、前記インピーダンス部材と前記第１の非絶縁性領域と の間に位置する電気的絶縁性領域を備え、同数の多数の開口部が前記絶縁性領域 を通って延在し、各非絶縁性部材が対応する前記開口部の１つに概ね配置される ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 １１．前記初期構造体が前記第１の非絶縁性領域と前記絶縁性領域との間に配置 される第２の非絶縁性領域を備え、前記絶縁性領域を通る前記開口部にそれぞれ 連続する同数の多数の開口部が、前記第２の非絶縁性領域を通って延在すること を特徴とする請求項１０に記載の方法。 １２．前記第２の非絶縁性領域が前記除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕されな いことを特徴とする請求項１０に記載の方法。 １３．前記非絶縁性領域の概ね全ての前記第１の材料が前記除去過程中 に除去されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 １４．前記インピーダンス手段が電気的抵抗層を備えることを特徴とする請求項 １に記載の方法。 １５．前記インピーダンス手段が、（ａ）少なくとも１つのコンデンサを具備す るように形成されるか、或いは（ｂ）前記インピーダンス手段と前記非絶縁性部 材とを含む最終的な構造体の正常な動作中に順方向に導通するように形成される 少なくとも１つのダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。 １６．前記インピーダンスが、（ａ）前記インピーダンス手段にかかる電圧Ｖ_Z が遷移値Ｖ_ZTと上側動作値との間にある場合に遷移値Ｚ_BTより小さい値であり、 また（ｂ）電圧Ｖ_Zが概ね−Ｖ_ZTと０との間にある場合にＺ_BTより大きい値であ ることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の方法。 １７．（ａ）電気的非絶縁制御電極がインピーダンス手段の上側に位置する電気 的絶縁層の上側をなし、（ｂ）多数の複合開口部が前記制御電極及び前記絶縁層 を通って延在し、（ｃ）第１の電気的非絶縁エミッタ材料を含む余分な層が前記 制御電極の上側をなし、（ｂ）同数の多数の電子放出素子がそれぞれ前記複合開 口部に配置され、各電子放出素子が前記第１のエミッタ材料を含み、かつ前記イ ンピーダンス手段に電気的に結合される、初期構造体を配設する過程と、 前記余分な層に選択された電位をかける過程を含む手順により前記余分な層の 前記第１の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去する過程とを有し、前記イ ンピーダンス手段が、前記除去過程中に、前記インピーダンス手段及び任意の介 在する電解液の外側にある前記余分な層から概ね電気的に切断された電子放出素 子の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されないように 十分に高いインピーダンス を有することを特徴とする方法。 １８．前記インピーダンス手段及び任意の介在する電解液の外側にある前記制御 電極に電気的に結合されるあらゆる電子放出素子の前記第１の材料が前記除去過 程中に電気化学的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 １９．前記除去過程が選択された電解液に前記初期構造体を晒す過程を含むこと を特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２０．前記初期構造体が前記インピーダンス手段の下側をなす導電性エミッタ電 極を備え、前記電子放出素子が前記インピーダンス手段を介して前記エミッタ電 極に電気的に結合されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２１．前記余分な層が前記制御電極に電気的に結合され、前記選択された電位が 前記制御電極を介して前記余分な層に加えられることを特徴とする請求項２０に 記載の方法。 ２２．前記除去過程が、前記インピーダンス手段或いは前記エミッタ電極に前記 選択された電位以外の電位を加えることなく実行されることを特徴とする請求項 ２０に記載の方法。 ２３．前記インピーダンスが、前記除去過程中に、前記エミッタ電極と前記電子 放出素子に電気的に結合される任意の他の電気的非絶縁性構成体とから著しい電 解作用上の補助を受けることなく、電気的に切断された各電子放出素子が前記除 去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されることを概ね防ぐほど十分に大きなイン ピーダンスであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。 ２４．前記初期構造体が、電気的に切断された各電子放出素子が前記除去過程中 に電気化学的に著しく侵蝕されるのを防ぐ際に、前記インピーダンス手段を電解 作用的に補助するために前記電子放出素子に電気的に 結合される前記エミッタ電極を潜在的に含む少なくとも１つの電気的非絶縁性構 成体を備えることを特徴とする請求項２２に記載の方法。 ２５．前記除去過程が前記エミッタ電極にさらに別の電位を加える過程を含むこ とを特徴とする請求項２０に記載の方法。 ２６．前記制御電極が前記除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕されないことを特 徴とする請求項１７に記載の方法。 ２７．前記余分な層の概ね全ての前記第１の材料が前記除去過程中に除去される ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２８．前記電子放出素子が概ね円錐形状をなすように配設されることを特徴とす る請求項１７に記載の方法。 ２９．前記余分な層の前記第１の材料が、前記電子放出素子の少なくとも一部を 形成するために前記第１の材料を前記複合開口部に堆積中に、前記制御電極上に 堆積するを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ３０．前記インピーダンスが、（ａ）前記制御電極と、前記絶縁層と、前記イン ピーダンス手段と、前記電子放出素子とを含む最終的な電子放出構造体の正常な 動作中に、前記インピーダンス手段にかかる電圧Ｖ_Zが遷移値Ｖ_ZTと上側動作値 との間にある場合に遷移値Ｚ_BTより小さい値を有し、また（ｂ）電圧Ｖ_Zが前記 除去過程中に概ね−Ｖ_ZTと０との間にある場合にＺ_BTより大きい値を有すること を特徴とする請求項１７乃至２９の何れか一項に記載の方法。 ３１．（ａ）第１の電気的非絶縁性領域が第１の材料を含み、また（ｂ）前記第 １の領域から概ね電気的に切断された第２の電気的非絶縁性領域が前記第１の材 料を含む初期構造体を配設する過程と、 前記第２の領域の前記第１の材料が、前記第２の領域の前記第１の材料が除去 過程中に電気化学的に著しく侵蝕されないように前記第１の領域の前記第１の材 料とは十分に異なる電位になるように、有機溶剤と酸 とを含む電解溶液に少なくとも前記第１の領域の前記第１の材料を接触する過程 を含む手順により前記第１の領域の少なくとも前記材料の一部を電気化学的に除 去する過程とを有することを特徴とする方法。 ３２．前記第２の領域の前記第１の材料が前記除去過程中に前記電解液に接触す ることを特徴とする請求項３１に記載の方法。 ３３．前記除去過程が前記第１の領域に選択された電位をかける過程を有するこ とを特徴とする請求項３１に記載の方法。 ３４．前記除去過程がさらに前記第２の領域にさらに別の選択された電位をかけ る過程を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。 ３５．（ａ）第１の電気的非絶縁性領域が第１の材料を含み、（ｂ）インピーダ ンス手段が多数の電気的非絶縁性部材に電気的に結合され、さらに（ｃ）各非絶 縁性部材が前記第１の材料を含む、初期構造体を配設する過程と、 少なくとも前記非絶縁性領域の前記第１の材料が有機溶剤及び酸を含む電解液 と接触すると共に、前記非絶縁性領域に選択された電位をかける過程を含む手順 により前記非絶縁性領域の前記第１の材料の少なくとも一部を除去する過程とを 有し、前記インピーダンス手段が、前記除去過程中に、前記インピーダンス手段 及び前記電解液の外側にある前記非絶縁性領域から概ね電気的に切断された各非 絶縁性部材の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されな いように十分に高いインピーダンスを有することを特徴とする方法。 ３６．前記インピーダンス手段及び前記電解液の外側にある前記非絶縁性領域に 電気的に結合されるあらゆる非絶縁性部材の前記第１の材料が前記除去過程中に 電気的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項３５に記載の方法。 ３７．前記初期構造体が、前記インピーダンス手段を介して少なくとも ２つの前記非絶縁性部材に電気的に結合される導電性電極を備えることを特徴と する請求項３５に記載の方法。 ３８．前記除去過程が前記電極にさらに別の電位を加える過程を含むことを特徴 とする請求項３７に記載の方法。 ３９．前記初期構造体が、 前記インピーダンス手段と前記第１の非絶縁性領域との間に位置する電気的絶 縁性領域と、 前記第１の非絶縁性領域と前記絶縁性領域との間に位置する第２の非絶縁性領 域とを備え、同数の多数の複合開口部が前記第２の非絶縁性領域と前記絶縁性領 域とを通って延在し、各非絶縁性部材が対応する複合開口部の１つに概ね配置さ れることを特徴とする請求項３５に記載の方法。 ４０．前記第２の非絶縁性領域が前記除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕されな いことを特徴とする請求項３９に記載の方法。 ４１．（ａ）電気的非絶縁制御電極がインピーダンス手段の上側に位置する電気 的絶縁層の上側をなし、（ｂ）多数の複合開口部が前記制御電極及び前記絶縁層 を通って延在し、（ｃ）第１の電気的非絶縁性エミッタ材料を含む余分な層が前 記制御電極の上側をなし、（ｄ）同数の多数の電子放出素子がそれぞれ前記複合 開口部に配置され、各電子放出素子が前記第１の材料を含み、かつ前記インピー ダンス手段に電気的に結合される、初期構造体を配設する過程と、 前記インピーダンス手段と前記電解液との外側にある前記余分な層の前記第１ の材料から概ね電気的に切断された電子放出素子の前記第１の材料が、電気的に 切断された電子放出素子の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に著し く侵蝕されないように前記余分な層の前記第１の材料とは十分に異なる電位にな るように、有機溶剤及び酸を含む電 解液に少なくとも前記余分な層の前記第１の材料を接触させる過程を含む手順に より前記余分な層の前記第１の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去する過 程とを有することを特徴とする方法。 ４２．前記除去過程が、前記インピーダンス手段が、電気的に切断された各電子 放出素子の前記第１の材料が電気化学的に著しく侵蝕されることを防ぐほど十分 に大きなインピーダンスを有するように、前記余分な層に選択された電位をかけ る過程を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４３．前記インピーダンス手段及び前記電解液の外側にある前記制御電極に電気 的に結合されるあらゆる電子放出素子の前記第１の材料が前記除去過程中に電気 化学的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項４２に記載の方法。 ４４．前記初期構造体が前記インピーダンス手段の下側をなす導電性エミッタ電 極を備え、前記電子放出素子が前記インピーダンス手段を介して前記エミッタ電 極に電気的に結合されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４５．前記除去過程が、前記インピーダンス手段或いは前記エミッタ電極に、前 記選択された電位以外の電位をかけることなく実行されることを特徴とする請求 項４４に記載の方法。 ４６．前記除去過程が前記エミッタ電極にさらに電位を加えることを特徴とする 請求項４４に記載の方法。 ４７．前記電子放出素子が概ね円錐形状をなすように配設されることを特徴とす る請求項４１に記載の方法。 ４８．前記余分な層の前記第１の材料が、前記電子放出素子の少なくとも一部を 形成するために前記第１の材料が前記複合開口部に堆積する間に前記制御電極上 に堆積することを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４９．前記電解液がさらに塩を含むことを特徴とする請求項３１乃至４８の何れ か一項に記載の方法。 ５０．前記酸が有機酸を含むことを特徴とする請求項３１乃至４８のいずれか一 項に記載の方法。 ５１．前記電解液がさらに塩を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。 ５２．前記塩が有機塩であることを特徴とする請求項５１に記載の方法。 ５３．前記除去過程が１００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項 ３１乃至４８の何れか一項に記載の方法。 ５４．硫黄含有溶剤及びスルホン酸を含む電解液に構造体を接触させる過程を含 む手順により前記構造体の電気的非絶縁性部分を電気化学的に除去する過程を有 することを特徴とする方法。 ５５．前記溶剤がジメチルスルホキシドを含むことを特徴とする請求項５４に記 載の方法。 ５６．前記スルホン酸がベンゼン環を含むことを特徴とする請求項５５に記載の 方法。 ５７．前記非絶縁性部分が、そのイオンが高電荷対半径値を有する金属を含むこ とを特徴とする請求項５４に記載の方法。 ５８．前記除去過程が１００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項 ５４に記載の方法。 ５９．前記電解液がさらにスルホン酸塩を含むことを特徴とする請求項５４乃至 ５８の何れか一項に記載の方法。 ６０．前記スルホン酸及び前記スルホン酸塩がそれぞれベンゼン環を含むことを 特徴とする請求項５９に記載の方法。 【手続補正書】 【提出日】平成１２年４月３日（２０００．４．３） 【補正内容】請求の範囲 １．（ａ）第１の電気的非絶縁性領域が第１の材料を含み、（ｂ）インピーダン ス手段が多数の非絶縁性部材に電気的に結合され、（ｃ）各非絶縁性部材が前記 第１の材料を含む初期構造体を設ける過程と、 選択した電位を前記非絶縁性領域にかける過程を含む手順により、前記非絶縁 性領域の前記第１の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去する過程とを有し 、前記インピーダンス手段が、前記インピーダンス手段の外側及び前記任意の介 在する電解液の外側の非絶縁性領域とは概ね電気的に結合されていない各非絶縁 性部材の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されること のないように、前記除去過程中に十分に高いインピーダンスを与えることを特徴 とする方法。 ２．前記インピーダンス手段の外側及び前記任意の介在する電解液の外側の非絶 縁性領域に電気的に結合されるあらゆる非絶縁性部材の前記第１の材料が、前記 除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項１に記載の方 法。 ３．前記除去過程が、前記初期構造体を電解液に晒す過程を含むことを特徴とす る請求項１或いは２に記載の方法。 ４．前記初期構造体が前記インピーダンス手段を介して前記非絶縁性部材に電気 的に結合される導電性電極を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一 項に記載の方法。 ５．前記除去過程が、前記インピーダンス手段或いは前記電極に、前記選択した 電位以外の電位をかけることをなく行われることを特徴とする請求項４に記載の 方法。 ６．前記インピーダンスがそれ自体で、前記電極と、前記非絶縁性部材に電気的 に結合された任意の他の電気的非絶縁性構成要素とから著しく電解作用上の補助 を受けることなく、前記除去過程中に電気的に結合し ていない非絶縁性部材がそれぞれ電気化学的に著しく侵蝕されるのを概ね防ぐだ けの十分に高いインピーダンスであることを特徴とする請求項４或いは５に記載 の方法。 ７．前記初期構造体が、結合されていない各非絶縁性部材が前記除去過程中に著 しく電気化学的に侵蝕されるの防ぐ際に前記インピーダンス手段を電解作用上補 助するために前記非絶縁性部材に電気的に結合される、電極を含むことも可能な 、少なくとも１つの電気的非絶縁性構成要素を備えることを特徴とする請求項４ 或いは５に記載の方法。 ８．前記除去過程が、前記電極にさらに別の電位をかける過程を含むことを特徴 とする請求項４に記載の方法。 ９．前記さらに別の電位が、結合されていない各非絶縁性部材が前記除去過程中 に電気化学的に著しく侵蝕されるのを防ぐ際に前記インピーダンス手段を補助す るために、前記選択した電位とは十分に異なる電位であることを特徴とする請求 項８に記載の方法。 １０．前記インピーダンス手段が電気的抵抗性の層を含むことを特徴とする請求 項１乃至９の何れか一項に記載の方法。 １１．前記インピーダンス手段が、（ａ）少なくとも１つのコンデンサを備える ように形成されるか、或いは（ｂ）前記インピーダンス手段及び前記非絶縁性部 材を含む最終構造体の正常動作中に順方向に導通するように形成される少なくと も１つのダイオードを含むことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載 の方法。 １２．前記インピーダンスの大きさが、（ａ）前記インピーダンスにかかる電圧 Ｖ_Zが遷移値Ｖ_ZTと上側動作値との間にある場合に、遷移値Ｚ_BTより小さく、（ ｂ）電圧Ｖ_Zが概ね−Ｖ_ZTと０との間にある場合に、Ｚ_BTより大きいことを特徴 とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の方法。 １３．(ａ)電気的非絶縁性制御電極がインピーダンス手段の上側に位置する電気 的絶縁性の層の上側をなし、(ｂ)多数の複合開口部が前記制御電極と前記絶縁性 層とを介して延在し、(ｃ)第１の電気的非絶縁性エミッタ材料を含む余剰層が、 前記制御電極の上側をなし、(ｄ)同様に多数の電子放出素子がそれぞれ前記複合 開口部内に位置し、各電子放出素子が前記第１のエミッタ材料を含み、かつ前記 インピーダンス手段に電気的に結合されるような初期構造体を設ける過程と、 前記余剰層に選択した電位をかける過程を含む手順により前記余剰層の前記第 １の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去する過程とを有し、前記インピー ダンス手段が、前記インピーダンス手段の外側及び任意の介在する電解液の外側 の前記余剰層とは概ね電気的に結合されていない各電子放出素子の前記第１の材 料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されることのないように、前記除 去過程中に十分に高いインピーダンスを有することを特徴とする方法。 １４．前記インピーダンス手段の外側及び任意の介在する電解液の外側の前記制 御電極に電気的に結合される任意の電子放出素子の前記第１の材料が、前記除去 過程中に電気化学的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項１３に記載の方法 。 １５．前記除去過程が前記初期構造体を選択した電解液に晒す過程を含むことを 特徴とする請求項１３或いは１４に記載の方法。 １６．前記インピーダンスの大きさが、（ａ）前記制御電極を含む最終的な電子 放出構造体の正常動作中に、前記インピーダンスにかかる電圧Ｖ_Zが遷移値Ｖ_ZT と上側動作値との間にある場合に、遷移値Ｚ_BTより小さく、（ｂ）前記除去過程 中に、電圧Ｖ_Zが概ね−Ｖ_ZTと０との間にある場合に、Ｚ_BTより大きいことを特 徴とする請求項１３乃至１５の何れか一項に記載の方法。 １７．（ａ）第１の電気的非絶縁性領域が第１の材料を含み、（ｂ）前記第１の 領域とは概ね電気的に結合されていない第２の電気的非絶縁性領域が前記第１の 材料を含む初期構造体を設ける過程と、 前記第２の領域の前記第１の材料が、前記第２の領域の前記第１の材料が前記 除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されないほどの前記第１の領域の前記第１ の材料とは十分に異なる電位にあるように、少なくとも前記第１の領域の前記第 １の材料を、有機溶剤及び酸を含む電解液と接触させる過程を含む手順により、 前記第１の領域の前記材料の少なくとも一部を電気化学的に除去する過程とを有 することを特徴とする方法。 １８．前記第２の領域の前記第１の材料が、前記除去過程中に前記電解液と接触 することを特徴とする請求項１７に記載の方法。 １９．前記除去過程が選択した電位を前記第１の領域にかける過程を含むことを 特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２０．前記除去過程がさらに、付加的な選択した電位を前記第２の領域にかける 過程を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。 ２１．（ａ）第１の電気的非絶縁性領域が第１の材料を含み、（ｂ）インピーダ ンス手段が多数の電気的非絶縁性部材に電気的に結合され、（ｃ）各非絶縁性部 材が前記第１の材料を含むような初期構造体を設ける過程と、 少なくとも前記非絶縁性領域の前記第１の材料が有機溶剤と酸とを含む電解液 と接触する間に、選択した電位を前記非絶縁性領域にかける過程を含む手順によ り前記非絶縁性領域の前記第１の材料の少なくとも一部を除去する過程とを有し 、前記インピーダンス手段が、前記インピーダンス手段の外側及び前記電解液の 外側の前記非絶縁性領域に概ね電気的に結合されていない各非絶縁性部材の前記 第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されることのないように 前記除去過程中に 十分に高いインピーダンスを有することを特徴とする方法。 ２２．前記インピーダンス手段の外側及び前記電解液の外側の前記非絶縁性領域 に電気的に結合されるあらゆる非絶縁性部材の前記第１の材料が前記除去過程中 に電気化学的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。 ２３．前記初期構造体が、前記インピーダンス手段を介して少なくとも２つの前 記非絶縁性部材に電気的に結合される導電性電極を備えることを特徴とする請求 項２１或いは２２に記載の方法。 ２４．前記除去過程が、前記電極にさらに別の電位をかける過程を含むことを特 徴とする請求項２３に記載の方法。 ２５．（ａ）電気的非絶縁性の制御電極が、前記インピーダンス手段の上側に位 置する電気的絶縁性の層の上側をなし、（ｂ）多数の複合開口部が前記制御電極 と前記絶縁性層とを介して延在し、（ｃ）第１の電気的非絶縁性エミッタ材料を 含む余剰層が前記制御電極の上側をなし、（ｄ）同様に多数の電子放出素子がそ れぞれ前記複合開口部内に位置し、各電子放出素子が前記第１の材料を含み、か つ前記インピーダンス手段に電気的に結合されるような初期構造体を設ける過程 と、 前記インピーダンス手段の外側及び電解液の外側の前記余剰層の前記第１の材 料とは概ね電気的に結合されていない各電子放出素子の前記第１の材料が、前記 除去過程中に結合されていない各電子放出素子の前記第１の材料が電気化学的に 著しく侵蝕されないほどの前記余剰層の前記第１の材料とは十分に異なる電位に あるように、少なくとも前記余剰層の前記第１の材料を、有機溶剤と酸とを含む 電解液と接触させる過程を含む手順により前記余剰層の前記第１の材料の少なく とも一部を電気化学的に除去する過程とを有することを特徴とする方法。 ２６．前記除去過程が前記余剰層に選択した電位をかける過程を含み、 その間前記インピーダンス手段は、結合されていない各電子放出素子の前記第１ の材料が除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されるのを防ぐために十分に高い インピーダンスを有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。 ２７．前記インピーダンス手段の外側及び電解液の外側の前記制御電極に電気的 に結合されるあらゆる電子放出素子の前記第１の材料が、前記除去過程中に概ね 電気化学的に侵蝕されることを特徴とする請求項２５或いは２６に記載の方法。 ２８．前記酸が有機酸であることを特徴とする請求項１７乃至２７の何れか一項 に記載の方法。 ２９．前記電解液がさら塩を含むことを特徴とする請求項１７乃至２８の何れか 一項に記載の方法。 ３０．前記塩が有機塩であることを特徴とする請求項２９に記載の方法。 ３１．前記除去過程が１００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項 １７乃至３０の何れか一項に記載の方法。 ３２．構造体を、スルホン酸と、硫黄含有有機化合物を含む溶剤とに接触させる 過程を含む手順により前記構造体の電気的非絶縁性部分を電気化学的に除去する 過程を有する方法。 ３３．前記除去過程が１００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項 ３２に記載の方法。 ３４．構造体を、硫黄含有溶剤とスルホン酸とを含む電解液と接触させる過程を 含む手順により、前記構造体の電気的非絶縁性部分を、１００℃より高い温度で 電気化学的に除去する過程を有することを特徴とする方法。 ３５．前記スルホン酸がベンゼン環を含むことを特徴とする請求項３２乃至３４ の何れか一項に記載の方法。 ３６．前記電解液がさらにスルホン酸塩を含むことを特徴とする請求項３２乃至 ３５の何れか一項に記載の方法。 ３７．前記スルホン酸塩がベンゼン環を含むことを特徴とする請求項３６に記載 の方法。 ３８．前記非絶縁性部分が、そのイオンが高い電荷対半径非値を有する金属を含 むことを特徴とする請求項３２乃至３７の何れか一項に記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ (72)発明者 ポーター、ジョン・ディー アメリカ合衆国カリフォルニア州94709・ バークレイ・＃23・スプルースストリート 1742 (72)発明者 スピント、クリストファー・ジェイ アメリカ合衆国カリフォルニア州94025・ メンロパーク・ヒルサイドアベニュー 115 (72)発明者 チャカロバ、ガブリエラ・エス アメリカ合衆国カリフォルニア州95123・ サンノゼ・セイジャーウェイ 6240 (72)発明者 ヘイブン、ドゥエイン・エイ アメリカ合衆国オレゴン州97486・アンプ クァ・タイーロード 10246 (72)発明者 マコーレイ、ジョン・シー アメリカ合衆国カリフォルニア州94306・ パロアルト・グリーンメドウウェイ 114 (72)発明者 バートン、ロジャー・ダブリュ アメリカ合衆国カリフォルニア州95119・ サンノゼ・サンイグナチオアベニュー 6320 (72)発明者 ニコロバ、マリア・エス アメリカ合衆国メリーランド州21218・ボ ルチモア・ノースカルバートストリート 2929 (72)発明者 シアソン、ピーター・シー アメリカ合衆国メリーランド州21209・ボ ルチモア・ブライトリーフウェイ 2330

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）第１の電気的非絶縁性領域が第１の材料を含み、（ｂ）インピーダン ス手段が多数の電気的非絶縁性部材に電気的に結合され、（ｃ）各非絶縁性部材 が前記第１の材料を含む、初期構造体を配設する過程と、 前記非絶縁性領域に選択した電位を加える過程を含む手順により前記非絶縁性 領域の前記第１の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去する過程とを有し、 前記インピーダンス手段が、前記インピーダンス手段の外側の前記非絶縁性領域 及び任意の介在する電解液から概ね電気的に切断された各非絶縁性部材の前記第 １の材料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されないように前記除去過 程中に十分に高いインピーダンスを与えることを特徴とする方法。 ２．前記インピーダンス部材の外側の前記非絶縁性領域及び任意の介在する電解 液に電気的に結合される非絶縁性部材の前記第１の材料が前記除去過程中に電気 化学的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記除去過程が、前記初期構造体を電解液に晒す過程を含むことを特徴とす る請求項１に記載の方法。 ４．前記初期構造体が前記インピーダンス手段を介して前記非絶縁性部材に電気 的に結合される導電性電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。 ５．前記除去過程が、前記選択された電位以外の電位を前記インピーダンス部材 或いは前記電極に加えることなく実行されることを特徴とする請求項４に記載の 方法。 ６．前記インピーダンスが、前記除去過程中に、前記電極と前記非絶縁性部材に 電気的に結合される任意の他の電気的非絶縁性構成体とから著しい電解作用上の 補助を受けることなく、前記除去過程中に電気的に切 断された非絶縁性部材が概ね電気化学的に著しく侵蝕されることがないように十 分に高いインピーダンスであることを特徴とする請求項５に記載の方法。 ７．電気的に切断された非絶縁性部材が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵 蝕されるのを防ぐ際に、前記初期構造体が、前記インピーダンス手段を電解作用 的に補助するために、前記非絶縁性部材に電気的に結合される前記電極を潜在的 に含む少なくとも１つの電気的非絶縁性構成体を備えることを特徴する請求項５ に記載の方法。 ８．前記除去過程が前記電極にさらに別の電位を加える過程を有することを特徴 とする請求項４に記載の方法。 ９．前記さらに加えられる電位が前記選択された電位とは十分に異なり、電気的 に切断された非絶縁性部材が前記除去過程中に著しく電気化学的に除去されるの を防ぐ際に、前記インピーダンス部材を補助することを特徴とする請求項８に記 載の方法。 １０．前記初期構造体が、前記インピーダンス部材と前記第１の非絶縁性領域と の間に位置する電気的絶縁性領域を備え、同数の多数の開口部が前記絶縁性領域 を通って延在し、各非絶縁性部材が対応する前記開口部の１つに概ね配置される ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 １１．前記初期構造体が前記第１の非絶縁性領域と前記絶縁性領域との間に配置 される第２の非絶縁性領域を備え、前記絶縁性領域を通る前記開口部にそれぞれ 連続する同数の多数の開口部が、前記第２の非絶縁性領域を通って延在すること を特徴とする請求項１０に記載の方法。 １２．前記第２の非絶縁性領域が前記除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕されな いことを特徴とする請求項１０に記載の方法。 １３．前記非絶縁性領域の概ね全ての前記第１の材料が前記除去過程中に除去さ れることを特徴とする請求項１に記載の方法。 １４．前記インピーダンス手段が電気的抵抗層を備えることを特徴とする請求項 １に記載の方法。 １５．前記インピーダンス手段が、（ａ）少なくとも１つのコンデンサを具備す るように形成されるか、或いは（ｂ）前記インピーダンス手段と前記非絶縁性部 材とを含む最終的な構造体の正常な動作中に順方向に導通するように形成される 少なくとも１つのダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。 １６．前記インピーダンスが、（ａ）前記インピーダンス手段にかかる電圧Ｖ_Z が遷移値Ｖ_ZTと上側動作値との間にある場合に遷移値Ｚ_BTより小さい値であり、 また（ｂ）電圧Ｖ_Zが概ね−Ｖ_ZTと０との間にある場合にＺ_BTより大きい値であ ることを特徴とする請求項１乃至１５の何れか一項に記載の方法。 １７．（ａ）電気的非絶縁性制御電極がインピーダンス手段の上側に位置する電 気的絶縁層の上側をなし、（ｂ）多数の複合開口部が前記制御電極及び前記絶縁 層を通って延在し、（ｃ）第１の電気的非絶縁エミッタ材料を含む余分な層が前 記制御電極の上側をなし、（ｄ）同数の多数の電子放出素子がそれぞれ前記複合 開口部内に配置され、前記電子放出素子がそれぞれ前記第１のエミッタ材料を含 み、かつ前記インピーダンス手段に電気的に結合される、初期構造体を配設する 過程と、 前記余分な層に選択された電位を加える過程を含む手順により前記余分な層の 前記第１の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去する過程とを有し、前記イ ンピーダンス手段が、前記除去過程中に、前記インピーダンス手段の外側の前記 余分な層と任意の介在する電解液とから概ね電気的に切断された各電子放出素子 の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されないように十 分に高いインピーダンスを有することを特徴とする方法。 １８．前記インピーダンス手段の外側の前記制御電極と任意の介在する電解液と に電気的に結合されるあらゆる電子放出素子の前記第１の材料が、前記除去過程 中に概ね電気化学的に侵蝕されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 １９．前記除去過程が選択された電解液に前記初期構造体を晒す過程を含むこと を特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２０．前記初期構造体が前記インピーダンス手段の下側をなす導電性エミッタ電 極を備え、前記電子放出素子が前記インピーダンス手段を介して前記エミッタ電 極に電気的に結合されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２１．前記余分な層が前記制御電極に電気的に結合され、前記選択された電位が 前記制御電極を介して前記余分な層に加えられることを特徴とする請求項２０に 記載の方法。 ２２．前記除去過程が、前記インピーダンス手段或いは前記エミッタ電極に前記 選択された電位以外の電位を加えることなく実行されることを特徴とする請求項 ２０に記載の方法。 ２３．前記インピーダンスが、前記除去過程中に、前記エミッタ電極と前記電子 放出素子に電気的に結合される任意の他の電気的非絶縁性構成体とから著しい電 解作用上の補助を受けることなく、電気的に切断された各電子放出素子が前記除 去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されることを概ね防ぐほど十分に大きなイン ピーダンスであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。 ２４．前記初期構造体が、電気的に切断された各電子放出素子が前記除去過程中 に電気化学的に著しく侵蝕されるのを防ぐ際に、前記インピーダンス手段を電解 作用的に補助するために前記電子放出素子に電気的に結合される前記エミッタ電 極を潜在的に含む少なくとも１つの電気的非 絶縁性構成体を備えることを特徴とする請求項２２に記載の方法。 ２５．前記除去過程が前記エミッタ電極にさらに別の電位を加える過程を含むこ とを特徴とする請求項２０に記載の方法。 ２６．前記制御電極が前記除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕されないことを特 徴とする請求項１７に記載の方法。 ２７．前記余分な層の概ね全ての前記第１の材料が前記除去過程中に除去される ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ２８．前記電子放出素子が概ね円錐形状をなすように配設されることを特徴とす る請求項１７に記載の方法。 ２９．前記余分な層の前記第１の材料が、前記電子放出素子の少なくとも一部を 形成するために前記第１の材料を前記複合開口部に堆積中に、前記制御電極上に 堆積するを特徴とする請求項１７に記載の方法。 ３０．前記インピーダンスが、（ａ）前記制御電極と、前記絶縁層と、前記イン ピーダンス手段と、前記電子放出素子とを含む最終的な電子放出構造体の正常な 動作中に、前記インピーダンス手段にかかる電圧Ｖ_Zが遷移値Ｖ_ZTと上側動作値 との間にある場合に遷移値Ｚ_BTより小さい値を有し、また（ｂ）電圧Ｖ_Zが前記 除去過程中に概ね−Ｖ_ZTと０との間にある場合にＺ_BTより大きい値を有すること を特徴とする請求項１７乃至２９の何れか一項に記載の方法。 ３１．（ａ）第１の電気的非絶縁性領域が第１の材料を含み、また（ｂ）前記第 １の領域から概ね電気的に切断された第２の電気的非絶縁性領域が前記第１の材 料を含む初期構造体を配設する過程と、 前記第２の領域の前記第１の材料が、前記第２の領域の前記第１の材料が除去 過程中に電気化学的に著しく侵蝕されないように前記第１の領域の前記第１の材 料とは十分に異なる電位になるように、有機溶剤と酸とを含む電解溶液に少なく とも前記第１の領域の前記第１の材料を接触 する過程を含む手順により前記第１の領域の少なくとも前記材料の一部を電気化 学的に除去する過程とを有することを特徴とする方法。 ３２．前記第２の領域の前記第１の材料が前記除去過程中に前記電解液に接触す ることを特徴とする請求項３１に記載の方法。 ３３．前記除去過程が前記第１の領域に選択された電位をかける過程を有するこ とを特徴とする請求項３１に記載の方法。 ３４．前記除去過程がさらに前記第２の領域にさらに別の選択された電位をかけ る過程を含むことを特徴とする請求項３３に記載の方法。 ３５．（ａ）第１の電気的非絶縁性領域が第１の材料を含み、（ｂ）インピーダ ンス手段が多数の電気的非絶縁性部材に電気的に結合され、さらに（ｃ）各非絶 縁性部材が前記第１の材料を含む、初期構造体を配設する過程と、 少なくとも前記非絶縁性領域の前記第１の材料が有機溶剤及び酸を含む電解液 と接触すると共に、前記非絶縁性領域に選択された電位をかける過程を含む手順 により前記非絶縁性領域の前記第１の材料の少なくとも一部を除去する過程とを 有し、前記インピーダンス手段が、前記除去過程中に、前記インピーダンス手段 の外側の前記非絶縁性領域と前記電解液とから概ね電気的に切断された各非絶縁 性部材の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に著しく侵蝕されないよ うに十分に高いインピーダンスを有することを特徴とする方法。 ３６．前記インピーダンス手段の外側の前記非絶縁性領域と前記電解液とに電気 的に結合されるあらゆる非絶縁性部材の前記第１の材料が前記除去過程中に電気 化学的に概ね侵蝕されることを特徴とする請求項３５に記載の方法。 ３７．前記初期構造体が、前記インピーダンス手段を介して少なくとも２つの前 記非絶縁性部材に電気的に結合される導電性電極を備えること を特徴とする請求項３５に記載の方法。 ３８．前記除去過程が前記電極にさらに別の電位を加える過程を含むことを特徴 とする請求項３７に記載の方法。 ３９．前記初期構造体が、 前記インピーダンス手段と前記第１の非絶縁性領域との間に位置する電気的絶 縁性領域と、 前記第１の非絶縁性領域と前記絶縁性領域との間に位置する第２の非絶縁性領 域とを備え、同数の多数の複合開口部が前記第２の非絶縁性領域と前記絶縁性領 域とを通って延在し、各非絶縁性部材が対応する複合開口部の１つに概ね配置さ れることを特徴とする請求項３５に記載の方法。 ４０．前記第２の非絶縁性領域が前記除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕されな いことを特徴とする請求項３９に記載の方法。 ４１．（ａ）電気的非絶縁性制御電極がインピーダンス手段の上側に位置する電 気的絶縁性層の上側をなし、（ｂ）多数の複合開口部が前記制御電極及び前記絶 縁層を通って延在し、（ｃ）第１の電気的非絶縁エミッタ材料を含む余分な層が 前記制御電極の上側をなし、（ｂ）同数の多数の電子放出素子がそれぞれ前記複 合開口部に配置され、各電子放出素子が前記第１の材料を有し、かつ前記インピ ーダンス手段に電気的に結合される、初期構造体を配設する過程と、 前記インピーダンス手段の外側の前記余分な層の前記第１の材料と電解液とか ら概ね電気的に切断された各電子放出素子の前記第１の材料が、電気的に切断さ れた各電子放出素子の前記第１の材料が除去過程中に著電気化学的に著しく侵蝕 されないように、前記余分な層の前記第１の材料とは十分に異なる電位になるよ うに、有機溶剤と酸とを含む前記電解液に少なくとも前記余分な層の前記第１の 材料を接触する過程を含む手 順により前記余分な層の前記第１の材料の少なくとも一部を電気化学的に除去す る過程とを有することを特徴とする方法。 ４２．前記除去過程が、前記インピーダンス手段が、電気的に切断された各電子 放出素子の前記第１の材料が電気化学的に著しく侵蝕されることを防ぐほど十分 に大きなインピーダンスを有するように、前記余分な層に選択された電位をかけ る過程を含むことを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４３．前記インピーダンス手段の外側の前記制御電極に電気的に結合されるあら ゆる電子放出素子の前記第１の材料が前記除去過程中に電気化学的に概ね侵蝕さ れることを特徴とする請求項４２に記載の方法。 ４４．前記初期構造体が前記インピーダンス手段の下側をなす導電性エミッタ電 極を備え、前記電子放出素子が前記インピーダンス手段を介して前記エミッタ電 極に電気的に結合されることを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４５．前記除去過程が、前記インピーダンス手段或いは前記エミッタ電極に、前 記選択された電位以外の電位をかけることなく実行されることを特徴とする請求 項４４に記載の方法。 ４６．前記除去過程が前記エミッタ電極にさらに電位を加えることを特徴とする 請求項４４に記載の方法。 ４７．前記電子放出素子が概ね円錐形状をなすように配設されることを特徴とす る請求項４１に記載の方法。 ４８．前記余分な層の前記第１の材料が、前記電子放出素子の少なくとも一部を 形成するために前記第１の材料が前記複合開口部に堆積する間に前記制御電極上 に堆積することを特徴とする請求項４１に記載の方法。 ４９．前記電解液がさらに塩を含むことを特徴とする請求項３１乃至４８の何れ か一項に記載の方法。 ５０．前記酸が有機酸を含むことを特徴とする請求項３１乃至４８のいずれか一 項に記載の方法。 ５１．前記電解液がさらに塩を含むことを特徴とする請求項５０に記載の方法。 ５２．前記塩が有機塩であることを特徴とする請求項５１に記載の方法。 ５３．前記除去過程が１００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項 ３１乃至４８の何れか一項に記載の方法。 ５４．硫黄含有溶剤及びスルホン酸を含む電解液に構造体を接触させる過程を含 む手順により前記構造体の電気的非絶縁性部分を電気化学的に除去する過程を有 することを特徴とする方法。 ５５．前記溶剤がジメチルスルホキシドを含むことを特徴とする請求項５４に記 載の方法。 ５６．前記スルホン酸がベンゼン環を含むことを特徴とする請求項５５に記載の 方法。 ５７．前記非絶縁性部分が、そのイオンが高電荷対半径値を有する金属を含むこ とを特徴とする請求項５４に記載の方法。 ５８．前記除去過程が１００℃より高い温度で行われることを特徴とする請求項 ５４に記載の方法。 ５９．前記電解液がさらにスルホン酸塩を含むことを特徴とする請求項５４乃至 ５８の何れか一項に記載の方法。 ６０．前記スルホン酸及び前記スルホン酸塩がそれぞれベンゼン環を含むことを 特徴とする請求項５９に記載の方法。